《Transactions of the American Society of Civil Engineers, Vol. LXVIII, Sept. 1910》光之對談

《撒哈拉的風》：穿越百年隧光——與阿爾弗雷德·諾布爾的東河對談

作者：雨柔

導讀：
《賓夕法尼亞鐵路紐約隧道延伸段：東河區》（Transactions of the American Society of Civil Engineers, Vol. LXVIII, Sept. 1910）這篇報告，是美國土木工程師學會會刊在1910年9月號中收錄的一篇論文，由當時學會的榮譽前會長阿爾弗雷德·諾布爾（Alfred Noble, 1844-1914）撰寫。這不僅僅是一份工程技術報告，更是對一項劃時代巨型工程——賓夕法尼亞鐵路東河隧道延伸計畫——的總體概述與初步剖析。諾布爾以總工程師的身份，為讀者揭示了這項宏偉工程在規劃、勘探、施工乃至契約管理上所面臨的複雜挑戰與創新解決方案。

阿爾弗雷德·諾布爾是19世紀末20世紀初美國最傑出的土木工程師之一。他的一生充滿了對工程實踐的熱情與貢獻，其職業生涯橫跨運河、鐵路橋樑、以及隧道等多個領域。他曾參與蘇聖瑪麗運河的船閘設計與建造，並擔任過美國尼加拉大橋（Niagara Bridge）和華盛頓特區橋樑的諮詢工程師。然而，他最為人所知的成就，無疑是作為賓夕法尼亞鐵路紐約隧道與終點站工程的總工程師，負責監督東河與哈德遜河下隧道的建設。諾布爾以其嚴謹的科學態度、卓越的組織能力和對細節的精確把握而聞名。他不僅是技術的先行者，更是將複雜工程問題化為可行方案的實踐者。這篇報告，正是他將理論與實踐相結合的典範，它展現了一個工程師如何從宏觀規劃到微觀執行，一步步將不可能化為可能。報告中對地質勘探、測量技術、工程難題（如流沙問題）、以及獨特的合同模式的闡述，不僅為後來的工程師提供了寶貴的經驗，也為我們理解那個時代的科技進步與人類征服自然的決心，提供了豐富的素材。

【光之對談】

時序進入了20世紀初的紐約，空氣中還帶有工業時代特有的煤煙與鋼鐵的氣息。午後的陽光透過高大的拱形窗，在諾布爾先生書房的木質地板上投下斑駁的光柱，無數細小的塵埃在光束中緩緩飛舞。牆面上掛滿了藍色的設計圖與泛黃的地質剖面圖，桌上散落著各式尺規、筆記本和一疊疊厚重的工程報告。窗外，遠處傳來輪船在東河上鳴笛的低沉聲響，與城市街道上馬車和汽車的雜音交織在一起，構成一幅繁忙的都市畫卷。

我輕輕地推開橡木門，空氣中飽含著古老書卷特有的乾燥與微塵氣味，伴隨著淡淡的煙草香。諾布爾先生正站在一張巨大的地圖前，手指輕輕滑過蜿蜒的河流與密布的街道，彷彿仍在與眼前的複雜工程進行無聲的對話。

「諾布爾先生，您好。」我輕聲打招呼，走近他身旁。

他轉過身，臉上帶著一絲疲憊，但眼中閃爍著對工程永不熄滅的熱情。「哦，雨柔，歡迎來到我的小小世界。紐約的午後總是這樣，外面喧囂，這裡卻能找到片刻的寧靜。」他指了指牆上那張密密麻麻的曼哈頓島地形圖，特別是將他手指指向地圖上的32街和33街。

「我很榮幸能來到這裡，親自向您請教。您的這份關於賓夕法尼亞鐵路東河隧道的報告，真是令人驚嘆。我來自一個遠方的文學部落，對於您如何將如此宏大的工程付諸實現，心生嚮往。這份報告雖然充滿了技術細節，但字裡行間卻讓我感受到一股前所未有的生命力。」我說道。

他微微一笑，示意我在一張靠窗的扶手椅上坐下，自己也走到一張高背椅前坐定。他身旁的貓咪，一隻毛色介於灰與黑之間的小傢伙，原本安靜地在陽光下小憩，此時聽到我們的聲音，伸了個懶腰，緩緩跳到諾布爾先生的膝上，輕輕磨蹭著他的手背。諾布爾先生順勢輕撫著貓的毛髮，動作顯得自然而溫和，這份細微的動作，為這間充滿理性線條的書房，增添了一抹難得的柔和色彩。

「生命力嗎？或許是吧。畢竟，我們面對的，是這座城市跳動的脈搏，是底下堅硬的岩石與難測的流沙。這一切，都充滿了生命的挑戰。」諾布爾先生的目光又回到地圖上，彷彿看到了百年前那場驚心動魄的工程戰役。

雨柔： 「先生，這份報告開篇就提到了最初的鑽探工作。東河下的地質狀況，聽起來像是個充滿未知變數的迷宮。我讀到『鑽探揭示了兩處窪地或通道，岩石表面低於預期隧道的坡度』，而且這些窪地還『被一個從布萊克威爾島向下游延伸的岩礁隔開』。這對於工程師來說，是否預示著巨大的困難？」

諾布爾： 「確實如此。在工程初期，地質勘探是我們工作的基石，也是最大的未知數。那些鑽孔，每一次都像是在地底深處的一次探尋。東河下的地質極為複雜，我們發現的這些『窪地』，或者說古老的河道，是最大的挑戰。它們被細密的流沙填充，這比單純的岩石開挖要困難得多，也危險得多。流沙，如同水中的沙粒般無法固定，一旦遇到，就可能造成塌陷或滲水。這也是為什麼我們後來必須在方案上做出重大調整的原因。」

他停頓了一下，用手指輕敲桌面上的地圖，指著曼哈頓島的某一處。

諾布爾： 「特別是報告中提到的，在曼哈頓33街和32街的鑽探結果，顯示岩石表面在某些地方出乎意料地薄，甚至發現了流沙。我們後來對比了尤爾將軍1865年繪製的曼哈頓島地形圖，那圖上清楚地標示了一條古老的水道，其源頭在百老匯附近，一路蜿蜒，恰好經過我們隧道預定的路線。這條古老的小溪顯然沿著岩石中的一道峽谷流淌，而這道峽谷經過漫長歲月，被極其細膩的流沙填滿。這份『巧合』，其實也印證了自然界的力量，我們必須對它保持足夠的敬畏。當時，那處的施工困難重重，幾乎令人寸步難行。每一吋的推進，都像是與看不見的力量在搏鬥。」

雨柔： 「這聽起來像是您在與歷史的痕跡進行對話。那些古老的水道，無聲無息地躺在地下，卻在百年後給人類的工程帶來如此巨大的考驗。那麼，面對這些未曾預料的狀況，工程設計上是如何做出應變的呢？」

諾布爾： 「這是工程中最具挑戰性，也最能體現設計者智慧的部分。我們最初在車站東側規劃了三軌隧道，目的是為了讓列車在車站外也能有足夠的緩衝空間。但在第五大道地下發現流沙後，我們意識到，如果按照原計畫在流沙區建造三軌隧道，不僅工程成本會大幅增加，對地面建築的風險也難以估計。當時，許多第五大道上的建築，特別是一些較老的建築，基礎都直接建在泥土上，一旦地下施工引起沉降，後果不堪設想。即使是當時一些新建的高樓，其基礎材料也與老建築一樣，這讓問題更加複雜。這不僅關乎技術，更關乎整個城市的運作與安全。」

他拿起一支鉛筆，在空白的筆記本上隨手勾勒著。「因此，我們做出了兩個關鍵的調整：一是將三軌隧道改為『雙線隧道』（twin tunnel），這使得隧道高度減少了九點五英尺，寬度減少了九英尺，大大降低了施工難度。二是調整了隧道的坡度。原先從車站東側的0.4%坡度，改為33街的0.8%和32街的0.9%，然後在第五大道與麥迪遜大道之間，以0.3%的短坡度連接原來的1.5%坡度。這些調整的最終效果，是讓隧道頂部在第五大道處下沉了大約15英尺。這15英尺的下沉，使得我們得以避免在第六大道以東進行明挖，顯著降低了對地面交通和建築的影響。這些決策，每一次都像是在巨大的棋盤上落子，牽一髮而動全身。」

雨柔： 「這真是太了不起了，這種靈活的應變能力，在面對前所未有的挑戰時顯得尤為重要。報告中也提到了『盾構法』（shield method）在東河隧道施工中的應用。這是當時最先進的技術嗎？您是如何確定這種方法是最適合東河複雜地質條件的？」

諾布爾： 「是的，盾構法在當時是我們最信任的工具。這個想法並非憑空而來，而是基於前人的經驗。報告中提到了泰晤士河下的黑瓦爾隧道（Blackwall tunnel）以及哈德遜河下的一些隧道，它們在類似的開放砂礫或砂土層中取得了成功。這些經驗向我們證明，盾構法能夠在軟土層中提供必要的支撐，同時推進挖掘，有效地防止塌方和滲水。考慮到東河下各種複雜的地質材料——流沙、粗沙、礫石、巨石，甚至是黏土——我們幾乎所有參與工程的工程師都認為盾構法是最合適的選擇。」

他頓了頓，拿起桌上的一張老照片，上面是巨大的盾構機在地下緩緩推進的模糊景象。

諾布爾： 「雖然也有人建議使用沉箱法或冷凍法，特別是冷凍法曾被強力推崇。事實上，在1903年10月招標時，我們也告知投標方可以考慮替代方案。但最終，我們選擇了盾構法，並與倫敦S. Pearson and Son公司簽訂了合約。他們曾成功建造黑瓦爾隧道，是唯一擁有類似經驗和記錄的團隊，這給了我們極大的信心。這個團隊，他們的工程師與工人，在黑暗的地下，在高壓空氣中，面對流沙與巨石，日復一日地推進著。他們的堅韌與精準，才是真正讓這項技術發揮作用的關鍵。」

窗外，一隻麻雀輕巧地落在窗沿，好奇地望向室內，然後又撲騰著翅膀飛向遠方，留下一陣微弱的風動。

雨柔： 「這讓我想起在旅途中，見過許多看似平凡的建築，卻不知其背後蘊藏著人類智慧與勇氣的結晶。這份合約模式，也特別引人注目。報告中提到，與S. Pearson and Son公司的合約是『獨具新意』的，不僅有固定的承包商利潤，還有成本節省的分享機制，以及成本超出時的共同承擔機制，甚至限定了承包商的最高損失。這種模式在當時是否常見？它的設計理念是什麼？」

諾布爾： 「這在當時確實是一個非常創新的合同模式，尤其針對如此大規模且充滿未知風險的工程。通常的工程合同是基於單價或固定總價，但東河隧道所面臨的地質風險實在太高，傳統模式可能導致承包商承擔過高的風險，或者報價過高。我們希望能夠激勵承包商在控制成本的同時，也能全力以赴應對未知挑戰，而不是簡單地將風險轉嫁。」

他解釋道：「核心理念是『共擔風險，共享成果』。我們設定了一個估計成本和一個固定的承包商利潤。如果最終實際成本低於估計，承包商可以分得節省下來的一半，這鼓勵他們提高效率、精打細算。反之，如果成本超出，承包商也需要承擔一半的超額部分，但他們的責任有上限，即利潤加上100萬美元。這確保了他們不會因為不可預見的巨大困難而破產，同時也促使他們投入足夠的資源和智慧去解決問題。這份合同讓承包商與我們鐵路公司站在了同一條船上，共同應對東河底下的挑戰。這份合約的精神，其實也如同我們在黑暗中探索時，需要一份彼此的信任與合作。沒有它，這巨大的工程將寸步難行。」

雨柔： 「這是一個非常人性化的設計，兼顧了效率與公平。在報告中，您也提到了永久性豎井的選址問題，以及它們在通風和應急方面的考量。這些豎井在整個工程中扮演了怎樣的角色？」

諾布爾： 「永久性豎井是隧道的『肺』，也是『安全出口』。在哈德遜河兩岸和東河兩岸，我們都設置了永久豎井。選擇這些位置，不僅是為了方便施工材料的運輸和廢料的清運，更重要的是為了隧道的長期運營。首先，它們將整個車站東側的隧道長度分成了三段，每段約4000至5500英尺。這對於通風來說至關重要，因為隧道的長度決定了空氣流動的效率。其次，儘管我們認為發生事故的風險很小，但這些豎井提供了萬一發生緊急情況時，工人和乘客可以安全撤離的通道。它們不僅是工程結構，更是生命線。」

他指向報告中的圖表，那是顯示隧道截面和豎井設計的圖。

諾布爾： 「報告中提到，這些豎井最初並未包含最終的混凝土內襯，直到1908年末確定採用機械通風後才補上。這說明我們的設計是靈活且不斷演進的。這些豎井採用鋼結構沉箱建造，雙層牆體之間填充混凝土，內部還設有橫牆。它們被設計成即使需要使用壓縮空氣下沉也能勝任。這一切，都是為了確保隧道建成後，能夠提供一個安全、舒適且高效的運行環境。光有工程，還不夠，還要有對人、對未來的考量。」

雨柔： 「這確實顯示了您對細節和未來使用的深思熟慮。最後，我注意到報告中也提到廢料處理是個『重要部分』，甚至曾因冰凍導致運河關閉而影響工程進度。這項看似次要的環節，對如此龐大的工程來說，實際影響有多大？」

諾布爾： 「廢料處理絕非次要，它直接關係到工程的進度、成本，甚至環境。在我們的項目中，從車站、城區隧道到河下隧道，挖出的材料數量龐大。初期這些材料被運到新澤西州的格林維爾，用於賓夕法尼亞鐵路貨運碼頭的填埋。但當那裡的填埋工程完成後，我們不得不將材料運到更遠的帕賽克河畔的哈里遜。問題是，帕賽克河在冬季會結冰，這就意味著駁船無法通行，導致廢料無法及時運走。當挖掘出的泥土和岩石無處堆放時，整個挖掘工作就不得不中斷。這就造成了工期延誤和成本增加。1907年末，由於城區隧道挖掘速度很快，我們甚至動用了合同中的選項，要求承包商以約定的價格處理這些材料，以避免冬季延誤的責任。」

他輕輕搖了搖頭，窗外天色漸暗，城市的燈光開始在遠處閃爍。

諾布爾： 「這說明，即便我們擁有最先進的技術、最精密的測量，自然環境的不可預測性、物流的複雜性，以及合約條款的細節，都可能成為影響全局的關鍵。一條看似不起眼的水道、一條結冰的河流，都可能帶來巨大的挑戰。工程師的工作，不僅是計算結構和應力，更是協調各方，預判所有可能發生的『意外』。它是一場永無止境的學習。」

此刻，書房的光線已漸暗，僅剩檯燈的光芒照亮了桌上的圖紙，牆上的掛鐘指針緩緩移動，發出規律的聲響。窗外，紐約的夜色逐漸籠罩，無數星星點點的燈火，如同地面上蜿蜒的隧道，閃爍著人類文明的光芒。諾布爾先生望向窗外，那深邃的目光中，不僅有著對工程的嚴謹，更似乎包含著對這座城市，對這片土地深沉的理解。他所建造的，不僅是冰冷的鋼鐵與混凝土，更是承載著無數人夢想與奮鬥的，城市深處的脈絡。

「謝謝您，諾布爾先生，今天的談話讓我對您的工程，以及那個時代的工程師們所付出的心血，有了更深一層的理解。」我誠摯地說道。

他再次輕撫著膝上的貓，眼神中流露出些許溫和。「不客氣，雨柔。希望這些塵封的記錄，能讓你們看到，在那些宏偉的結構之下，流淌著怎樣的汗水與智慧。這也是我們工程師，對未來的貢獻，不是嗎？」