Томас Кертис Кларк и другие

«Американская железная дорога: строительство, развитие, управление и техническое оснащение»

Страница 2 из 15 · 55 074 зн. · 63 мин. чтения

Большая часть финансовых трудностей наших железных дорог проистекает из того, что не уделяется достаточно времени для правильной трассировки линии. Необходимо помнить, что дешево построенную линию можно перестроить, но с плохо проложенной линией ничего нельзя сделать, кроме как полностью ее забросить.

Royal Gorge Hanging Bridge, Denver and Rio Grande, Colorado.

Поэтому полезно тщательно обдумать, в чем заключается истинная проблема трассировки. Она состоит в том, чтобы так разместить и построить линию железной дороги, чтобы она получала наибольший объем бизнеса из страны, через которую проходит, и в то же время могла выполнять этот бизнес с наименьшими затратами, включая как расходы на эксплуатацию, так и фиксированные платежи на вложенный капитал. Одно только изложение этой проблемы показывает, что она не из легких. Ее решение в новой и незаселенной стране отличается от решения в давно заселенном регионе. В новой стране лучшей является самая короткая, дешевая и прямая линия, совместимая с самыми легкими уклонами, которые позволяет топография местности. Города возникнут после того, как дорога будет построена, и будут построены на ее линии, и, как правило, в местах, где были установлены станции.

Veta Pass, Colorado.

В горной стране, такой как Колорадо, проблема заключается в том, как добраться до важных шахтерских лагерей, невзирая на извилистость и увеличенную длину линии. Денвер-Рио-Гранде сравнивали с осьминогом. Это на самом деле комплимент ее инженерам. Она высасывает питание из каждого места, где питание можно найти. Чтобы сделать это, она была вынуждена карабкаться на горы, где, как думали, локомотивы никогда не смогут подняться. В одном месте, называемом Королевское ущелье, трудности пробивки земляного полотна в склоне горы были настолько велики, что было сочтено целесообразным перенести путь на мост, и этот мост был подвешен на двух стропилах, упертых в склоны ущелья. При изыскании некоторых частей линий инженеры подвешивались на веревках с вершин гор и производили свои измерения, раскачиваясь в воздухе.

Veta Pass, Colorado.

Sections of Snow-sheds.

Проблема трассировки отличается в давно заселенной стране, где положение городов как торговых центров было определено естественными законами, которые нельзя отменить. В этом случае лучшее, что может сделать инженер, — это получить самый легкий уклон, совместимый с топографией страны, и позволить кривым заботиться о себе; всегда заходить в важные города, даже если линия от этого становится более извилистой и длинной; так разместить линию в этих городах, чтобы удовлетворить общественность и при этом иметь возможность купить достаточно земли; также трассировать для пересечений под или над, а не на одном уровне.

Во всех странах, старых и новых, горных и равнинных, правилом должно быть поддержание уровня пути значительно выше поверхности земли, чтобы обеспечить хороший дренаж и отсутствие снежных заносов.

Вопрос предотвращения препятствий из-за снега является очень серьезным на линиях Скалистых гор, и они не могли бы работать без устройства снегозащитных галерей — еще одного чисто американского изобретения. Говорят, что на Канадской Тихоокеанской железной дороге есть шесть миль прочно построенных снегозащитных галерей, а на Центральной Тихоокеанской — шестьдесят миль. Количество выпадающего снега огромно, иногда достигая 250 000 кубических ярдов, весом более 100 000 тонн, в одном сходе. Инженеры Канадской Тихоокеанской дороги заявляют, что сила воздуха, приведенного в движение этими лавинами, повалила большие деревья, не задетые самим снегом. Их стволы диаметром от одного до двух футов остаются расщепленными, как будто пораженные молнией.

Snow-sheds, Selkirk Mountains, Canadian Pacific. The winter track under cover; the outer track for summer use.

После того как линия железной дороги окончательно определена, следующая обязанность инженеров — подготовить работу к торгам. Составляются планы земельных участков, на основании которых обеспечивается право проезда. Из профилей извлекаются объемы работ. Составляются планы мостов и водопропускных труб; и составляется тщательная спецификация всех работ на линии.

Making an Embankment.

Работы затем передаются либо одному крупному подрядчику, либо нескольким более мелким, и начинается труд по строительству. Обязанности инженеров — разбивать работу для подрядчиков, делать ежемесячные отчеты о ее прогрессе и следить за тем, чтобы она была выполнена хорошо и в соответствии со спецификациями и контрактом. Линия делится на участки, и на каждый назначается инженер со своими помощниками. Там, где работы тяжелые, подрядчики строят бараки для своих людей и упряжек рядом с тяжелыми выемками или насыпями. Существует обычай производить тяжелые выемки с помощью машины, называемой паровым экскаватором, которая может выкопать за день столько ярдов, сколько 500 человек.

Steam Excavator.

В прериях Запада земляное полотно насыпается из канав по обе стороны, либо людьми с тачками и тележками, либо с помощью канавокопателя, который может перемещать 3000 ярдов земли ежедневно. В этом случае путь следует непосредственно за насыпью, а люди живут в вагонах, оборудованных как жилые бараки, и перемещаются вперед так быстро, как требуется. Если в стране есть подходящий камень, водопропускные трубы и устои мостов строятся бригадами каменщиков и камнетесов, которые перемещаются с места на место. Но общая практика заключается в установке временных эстакад из дерева, опирающихся на сваи, которые затем заменяются каменными водопропускными трубами, покрытыми насыпями, или железными мостами, опирающимися на каменные устои и построенными уже после того, как дорога начала функционировать.

Building a Culvert.

Копер играет очень важную роль в строительстве наших железных дорог и был доведен до большого совершенства. Он работает от небольшого котла и двигателя и наносит удары с большой быстротой. Он подтаскивает сваи к направляющим и поднимает их на место с помощью паровой энергии, так что им управляет небольшая бригада людей. Наконец, он так же портативен, как тележка разносчика, и как только он заканчивает одну работу, его разбирают, упаковывают на повозки и перевозят на следующую работу.

Туннели на американских железных дорогах не такие длинные и не такие частые, как на европейских. Самые длинные имеют длину от двух до двух с половиной миль, за исключением одного, Гусак, около четырех миль. Иногда они неизбежны. Гряда под названием Берген-Хилл, к западу от Хобокена, штат Нью-Джерси, — случай, подтверждающий это. Она прорезана туннелями Уэст-Шор, Делавэр, Лакаванна и Вестерн, а также Эри, последние два из которых, как показано на странице 25, расположены на разных уровнях, чтобы позволить одной дороге пройти над другой.

Rock Drill.

Именно благодаря нашей системе использования крутых кривых мы избегаем туннелей. Можно сказать в общих чертах, что американские инженеры проявили больше мастерства в избегании необходимости туннелей, чем это было возможно проявить при их строительстве. Когда мы вынуждены использовать туннели или делать глубокие выемки в скалах, наши труды значительно облегчаются использованием силовых буров, работающих на сжатом воздухе, и использованием мощных взрывчатых веществ, таких как динамит, гигантский порох, ренд-рок и т. д. Скалы теперь можно удалять менее чем за половину времени, которое требовалось ранее, когда обычный взрывной порох использовался в отверстиях, пробуренных вручную. [3]

A Construction and Boarding Train.

III.

По данным, предоставленным г-ном Д. Дж. Уиттемором, главным инженером системы Чикаго, Милуоки и Сент-Пол (которая имела общую протяженность 5688 миль на 1 января 1888 года), длина открытых мостов на этих линиях составляла 115 91/100 миль, а водопропускных труб, покрытых насыпью, — 39 2/10 миль. «Все, — говорит г-н Уиттемор, — что не покрыто землей, за исключением скотопрогонов, будь то пролет 10 или 400 футов, называется мостом. Все, что покрыто землей, называется водопропускной трубой. Везде, где мы находимся далеко от подходящих карьеров, мы строим деревянную водопропускную трубу вместо свайного моста, если можем получить шесть дюймов засыпки над ней. Эти трубы строятся из грубо обтесанных бревен и достаточно велики, чтобы пропустить через них железную трубу достаточного диаметра, чтобы справиться с водой. Мы делаем это, потому что считаем, что снижаем вероятность аварии, и что водопропускная труба может поддерживаться после того, как началось гниение, гораздо дольше, чем свайный мост с прогонами для поддержки пути. Если бы у нас были хорошие карьеры вдоль нашей линии, камень был бы дешевле. Многие тысячи долларов были потрачены этой компанией на строительство каменной кладки, которая через двадцать-двадцать пять лет показывает такие признаки разрушения, что мы ограничиваем каменные работы теперь только камнем, который мы можем получить из определенных карьеров, известных как хорошие».

Bergen Tunnels, Hoboken, N. J.

Г-н Уиттемор — инженер с большим опытом, мастерством и суждением, и в этих его словах есть пища для размышлений: во-первых, что лучше использовать временные деревянные конструкции, которые впоследствии будут заменены хорошим камнем, чем строить из местного камня, если он не первоклассный. Во-вторых, что конструкция, покрытая землей, гораздо безопаснее, чем открытый мост; который, если он короткий и кажется незначительным, может из-за небрежности стать самым серьезным местом опасности, как это было показано в ужасной аварии 1887 года на дороге Толедо, Пеория и Вестерн в Иллинойсе, где сто пятьдесят человек были убиты и ранены, и в столь же предотвратимой аварии на линии Флорида и Саванна в марте 1888 года. Если бы эти маленькие эстакады были заменены на водопропускные трубы, покрытые землей, многие ценные жизни не были бы потеряны.

Bergen Tunnels, Hoboken, N. J.

Beginning a Tunnel.

Было безопасно подсчитано, что в 1888 году в Соединенных Штатах насчитывалось 208 749 мостов всех видов, общей протяженностью 3213 миль. [4]

Деревянный мост и деревянная эстакада — чисто американские продукты, хотя они были изобретены Леонардо да Винчи в шестнадцатом веке. Из приведенной выше статистики видно, как много наши американские железные дороги обязаны им, ибо без них более 150 000 миль никогда не могли бы быть построены.

Искусство строительства деревянных ферменных мостов было развито Берром и Вернвагом, двумя пенсильванскими плотниками, некоторые из работ которых все еще используются после восьмидесяти лет верной службы (стр. 28). Мост, построенный Вернвагом через Делавэр в 1803 году, использовался как шоссейный мост в течение сорока пяти лет, затем был укреплен и использовался как железнодорожный мост еще двадцать семь лет, и был окончательно заменен нынешним железным мостом в 1875 году.

Эти старые мостостроители очень тщательно подходили к качеству древесины и никогда не использовали для моста материал, выдержанный менее двух лет. Но когда мы начали строить железные дороги, все делалось в спешке, и никто не мог ждать, пока древесина высохнет естественным путем. Это привело к изобретению фермы Гау, названной по имени инженера, которая обладала тем преимуществом, что ее можно было регулировать с помощью винтов и гаек, чтобы компенсировать усадку, а ее элементы соединялись таким образом, что могли выдерживать тяжелый сосредоточенный вес локомотивов, не разрушаясь. Этот тип моста использовался на всех железных дорогах, новых и старых, с 1840 по 1870 год. Если бы он не был подвержен гниению и возгоранию, мы, вероятно, не строили бы сейчас железные и стальные мосты, за исключением длинных пролетов более 200 футов; и, как показывает таблица на противоположной странице, наибольшее количество наших пролетов имеет длину менее 100 футов.

Ферма Гау представляет собой отличную конструкцию моста и до сих пор используется на Западе на новых дорогах с намерением заменить ее на железные фермы после открытия движения.

После 1870 года вес как локомотивов, так и другого подвижного состава начал очень быстро увеличиваться. Это, наряду с развитием производства железа и особенно изобретением прокатных балок и тяг с проушинами, дало мощный толчок строительству железных мостов. Сначала для сжатых элементов использовался чугун, но развитие прокатных станов вскоре позволило нам изготавливать все части из прокатных железных профилей без увеличения затрат, и прокатное железо, будучи менее ненадежным материалом, полностью вытеснило чугун. Железные мосты вступили в прямую конкуренцию с менее дорогостоящей фермой Гау, и в течение первого десятилетия их строительства предпринимались все попытки возводить их с минимально возможным количеством фунтов железа, способным выдержать нагрузки.

Old Burr Wooden Bridge.

С. Уиппл, гражданский инженер, опубликовал в 1847 году книгу, которая стала первой попыткой решить математические вопросы, от которых зависит правильное проектирование железных ферменных мостов. Эта работа принесла плоды, и появилось целое поколение проектировщиков мостов. Первые железные мосты моделировались по образцу своих деревянных предшественников, с высокими фермами и короткими панелями. Клепаных соединений избегали, и каждая деталь проектировалась так, чтобы ее можно было быстро и легко собрать на подмостях или временных конструкциях, установленных в реке. Это было крайне необходимо, так как наши реки подвержены внезапным паводкам, и если бы мы приняли английскую систему клепки всех соединений, длительное время, необходимое до того, как мост станет самонесущим, представляло бы серьезную опасность.

Следуя практике строительства деревянных мостов, контракты на железные мосты заключались по погонным футам, а не по весу в фунтах, как это принято сейчас. Этому случайному обстоятельству в значительной степени обязано развитие американского железного мостостроения. Инженер, представляющий железнодорожную компанию, устанавливал длину пролетов и другие общие размеры, а также нагрузки, которые должны выдерживаться, и максимально допустимые напряжения. Контрактному инженеру предоставлялась полная свобода в проектировании своего моста, и он прилагал все усилия, чтобы найти такую форму фермы и расположение ее частей, которые обеспечили бы требуемую прочность при наименьшем весе в фунтах на фут, чтобы превзойти своих конкурентов. Когда различные проекты представлялись на рассмотрение, эксперт изучал их и отклонял те, части которых были слишком малы, чтобы выдержать нагрузки. Из тех, что были признаны правильно спроектированными, работу получал тот, кто предлагал самую низкую цену.

По правилу выживания наиболее приспособленных все неудачно спроектированные формы ферм исчезли, и остались только две: одна — оригинальная ферма, спроектированная г-ном Уипплом, а другая — хорошо известная треугольная балка, или «балка Уоррена», названная так в честь своего английского изобретателя.

Хорошо говорит о мастерстве и честности американских инженеров-мостостроителей то, что многие из их старых мостов до сих пор находятся в эксплуатации; они были рассчитаны на нагрузку 2500 фунтов на погонный фут, а сейчас ежедневно несут нагрузки в 4000 фунтов и более на фут. Иногда настил заменяли на более прочный, но фермы остаются и продолжают хорошо служить. Автору можно позволить указать на мост через реку Миссисипи в Куинси, штат Иллинойс, построенный в 1869 году, как на пример. Большинство аварий на мостах можно объяснить тем, что сошедшие с рельсов поезда ударяются о фермы и обрушивают их. Инженеры (как те, кто специально связан с мостостроением, так и те, кто отвечает за железные дороги) теперь гораздо лучше знают, что требуется, и руководители железных дорог готовы платить за лучшее изделие. Внедрение мягкой стали — большой шаг вперед. Этот материал имеет предел прочности в готовом изделии от 63 000 до 65 000 фунтов на квадратный дюйм, что на сорок процентов больше, чем у железа, и он достаточно пластичен, чтобы его можно было завязать в узел или выбить в форме чаши в холодном состоянии. С этим материалом так же легко строить пролеты в 500 футов, как раньше пролеты в 250 футов из железа.

Мосты теперь проектируются для гораздо более тяжелых нагрузок, чем раньше. В лучшей практике применяются клепаные соединения, за исключением узлов соединения поясов и главных диагоналей, где по-прежнему вполне оправданно используются пальцы и проушины. Предпочтение отдается сплошным балкам под путями длиной до 60 или 70 футов, а затем клепаным решетчатым фермам длиной до 125 футов. Ветровые нагрузки теперь также учитываются с существенным запасом материала, составляющим в очень длинных пролетах почти столько же, сколько нагрузки от силы тяжести. Соблюдая правило, что ни один мост не может быть прочнее своей самой слабой части, огромное внимание и мастерство были приложены к совершенствованию соединений частей фермы, и было проведено много ценных экспериментов, которые значительно расширили наши знания об этом сложном предмете. Внедрение клепки с помощью энергии пара или сжатого воздуха — еще одно очень большое улучшение.

Kinzua Viaduct;

Erie Railway.

Долины и овраги теперь пересекаются виадуками из железа и стали, примером которых является виадук Кинзуа, проиллюстрированный здесь. Ветка от дороги Эри, соединяющая эту систему с ценными угольными месторождениями, выходит к долине Кинзуа, небольшого ручья, примерно в 15 милях к юго-западу от Брэдфорда, штат Пенсильвания. В месте, подходящем для перехода, этот овраг имеет ширину около полумили и глубину более 300 футов. Сначала предлагалось спуститься вниз и пересечь ручей на низком уровне с помощью некоторых устройств, ранее проиллюстрированных в этой статье. Но в конечном итоге инженерная фирма Clarke, Reeves & Co. согласилась построить виадук, показанный выше, за гораздо меньшую сумму, чем стоил бы любой другой метод перехода. Этот виадук был построен за четыре месяца. Он имеет высоту 305 футов и длину около 2400 футов. Скелетные опоры были сначала возведены с помощью их собственных стоек, а затем балки были установлены с помощью передвижных лесов наверху, выступающих примерно на 80 футов. Никаких подмостей любого рода не использовалось, даже лестниц, так как рабочие взбирались по диагональным стержням опор, как кошка взбирается на дерево.

Манхэттенская надземная железная дорога длиной около 34 миль — это не что иное, как длинный виадук, и она столь же прочна и долговечна, как обычно бывают железные виадуки на железных дорогах, в то время как из-за более низкой скорости поездов она гораздо безопаснее.

Kinzua Viaduct; Erie Railway.

Kinzua Viaduct.

Возможно, будет уместно, если автор изложит здесь то, что, по его убеждению, является следующей серией шагов, которые необходимо предпринять для обеспечения безопасности при движении по нашим мостам: Заменить, где это возможно, все временные эстакады на деревянные или каменные водопропускные трубы, засыпанные землей. Там, где это невозможно сделать, строить прочные железные или стальные мосты и виадуки с как можно более короткими пролетами и, по возможности, без ферм над путями. Покрыть эти и все новые мосты сплошным настилом из гофрированных листов прокатной стали, покрытых асфальтом для предотвращения ржавчины. Поместить на это балласт из щебня и уложить в него шпалы, как в обычном типе дорожного полотна.

Благодаря этому будет устранен обычный толчок, ощущаемый при переходе с упругой насыпи на сравнительно твердый мост. Если в колесе или оси образовалась трещина, этот толчок обычно превращает ее в излом, вагон или локомотив сходит с рельсов, и если он ударяется о ферму, мост разрушается. Стоимость этого предлагаемого безопасного настила ничтожна по сравнению с безопасностью, которую он обеспечивает.

Улучшения в процессах закладки фундаментов мостов были такими же значительными, как и в надводных работах. Все они значительно сократили необходимое время и сделали результаты более надежными. Американскую систему можно кратко описать как отказ от старого инженерного устройства — кессонов, при котором русло реки огораживается водонепроницаемым ограждением, а вода откачивается. Вместо этого мы используем забивку свай и их спиливание под водой или погружение ряжей до твердого дна через воду. В обоих случаях мы опускаем кладку, построенную в большом водонепроницаемом ящике (называемом кессоном) с толстым дном из цельного дерева, пока она окончательно не ляжет на головы свай, спиленных до уровня, или на верх ряжа, который заполняется камнем, выгружаемым с баржи. Иногда он заполняется бетоном, опускаемым через воду с помощью специального аппарата.

Другой процесс, разработанный за последние двадцать лет, заключается в погружении ряжей через мягкий или ненадежный материал до более твердого пласта с помощью сжатого воздуха. Это улучшение старого водолазного колокола. Воздух, нагнетаемый в колоколообразную полость, вытесняет воду и позволяет рабочим работать и удалять материал, который поднимается с помощью устройства, называемого шлюзом. Ряж медленно опускается, неся на себе кладку.

Этим способом были заложены фундаменты Бруклинского и Сент-Луисского мостов на глубину чуть более 100 футов под водой. Недавнее изобретение принадлежит немецкому инженеру, г-ну Петчу, который замораживает песок, вставляя трубки, заполненные замораживающей смесью, а затем вынимает его, как если бы это была твердая скала.

Процесс погружения открытых ряжей через воду путем их утяжеления и выемки материала применялся при строительстве нового моста через Гудзон в Покипси, где ряжи были погружены на 130 футов под воду, а также при строительстве моста через реку Хоксбери в Австралии. Опоры Хоксбери погружены на глубину 175 футов под воду и являются самыми глубокими фундаментами из всех, что были заложены до сих пор. Автор (который черпает свои знания из того, что был одним из проектирующих и исполнительных инженеров обоих этих мостов) не видит трудностей в закладке фундаментов этим процессом открытого дноуглубления на еще большие глубины. Процесс сжатого воздуха ограничен глубиной около 110 футов.

IV.

Самым примечательным изобретением последних дней в мостостроении является консольный мост — система, разработанная для того, чтобы обойтись без подмостей или временных конструкций там, где из-за большой глубины или быстрого течения реки это было бы затруднительно или, как в случае с рекой Ниагара, невозможно сделать. Слово «консоль» (cantilever) используется в архитектуре для обозначения нижнего конца стропила, которое выступает за стену здания и поддерживает крышу над ним. Оно происходит от итальянского слова, взятого из латинского cantilabrum (использовавшегося Витрувием), означающего «край стропила». Если бы две балки были выдвинуты с берегов потока до тех пор, пока они не встретились бы в центре, и эти две балки были бы достаточно длинными, чтобы уходить назад от берегов, пока их вес, подкрепленный несколькими камнями, не удерживал бы их, мы получили бы примитивную форму консоли, но которая по принципу не отличалась бы от настоящих консольных мостов. Это еще одно американское изобретение, хотя оно было развито британскими инженерами — г-нами Фаулером и Бейкером — в их огромном мосту, который сейчас строится через Форт в Шотландии, размером, который затмевает все, что было сделано до сих пор в этой стране, не исключая Бруклинского моста.

Первым проектом, о котором у нас есть какие-либо сведения, был мост, спроектированный Томасом Поупом, судовым плотником из Нью-Йорка, который в 1810 году опубликовал книгу, где привел свои проекты арочного деревянного моста через Норт-Ривер у Касл-Пойнт с пролетом 2400 футов. Г-н Поуп называл это аркой, но его описание ясно показывает, что это было то, что мы сейчас называем консолью. Как было модно в те дни, он предавался поэтическому описанию:

«Подобно половине радуги, встающей на том берегу,

Пока ее партнер-близнец охватывает полукруг,

И составляет совершенное целое, которое не должно распадаться

Пока время не даст нам более благородного искусства».

View of Thomas Pope's Proposed Cantilever (1810).

Первый в мире железнодорожный консольный мост был построен покойным Ч. Шейлером Смитом, гражданским инженером, одним из наших самых выдающихся инженеров-мостостроителей. Это был мост через глубокое ущелье реки Кентукки. Следующим был мост на Канадской тихоокеанской железной дороге в Британской Колумбии, спроектированный Ч. К. Шнайдером, гражданским инженером. Очень похожий мост — это мост через реку Ниагара, спроектированный тем же инженером совместно с г-нами Филдом и Хейсом, гражданскими инженерами. Этот мост первым получил отличительное название «консольный».

Новый мост в Покипси имеет три таких консоли, соединенных двумя фиксированными пролетами, как показано на иллюстрации (стр. 36). Фиксированные пролеты имеют горизонтальные нижние пояса и фактически простираются за каждую опору и вверх по наклонным частям, до того места, где нижний пояс консоли становится горизонтальным. В этих точках выполняются соединения между пролетами, устроенные таким образом, с помощью подвижных звеньев, что расширение и сжатие из-за изменений температуры могут происходить свободно. Фиксированные пролеты имеют длину 525 футов. Их верхний пояс, где проложены пути, находится на высоте 212 футов над водой. Для строительства этих пролетов требовались подмости. Эти подмости находились на высоте 220 футов над водой и опирались на сваи, забитые через 60 футов воды и 60 футов ила, что делало общую высоту временных подмостей 332 фута, или на 30 футов меньше высоты шпиля церкви Троицы в Нью-Йорке. Время, затраченное на строительство одних таких подмостей, а затем на возведение на них стальных конструкций, составило около четырех месяцев.

Консольные пролеты возводились, как показано на иллюстрации на странице 37, вообще без каких-либо подмостей внизу, и полностью с двух подвесных передвижных лесов, показанных на гравюре. Эти леса ежедневно перемещались от места начала над опорами, пока не встречались в центре. Рабочие поднимали различные стальные детали с баржи в реке внизу и устанавливали их на место, используя подвесные доски для ходьбы. Время, сэкономленное этим методом, было настолько велико, что один из этих пролетов длиной 548 футов был возведен менее чем за четыре недели, или за одну седьмую часть времени, которое потребовалось бы, если бы использовались подмости.

Pope's Cantilever in Process of Erection. (From his "Treatise on Bridge Architecture.")

На мосту Форт все выступающие консоли будут строиться с подвесных лесов на высоте 360 футов над водой. Он содержит два пролета по 1710 футов каждый. Когда используются пролеты такой длины, заклепки становятся очень длинными — семь дюймов — и было бы невозможно выполнить качественную работу ручной клепкой. Поэтому при клепке конструкций на подмостях используется механический клепальщик. Паровая машина поднимает тяжелую массу чугуна, называемую «аккумулятором»; вес этой массы при опускании передается через трубки с водой, и ее мощность увеличивается за счет сокращения площади давления, пока к головке каждой заклепки не будет приложено около двадцати тонн. С помощью этого инструмента можно устанавливать одну заклепку в минуту.

Видно, что большая часть значительной экономии времени в современном строительстве мостов и других частей железных дорог обусловлена усовершенствованным оборудованием. Современный инженер, вероятно, не более искусен, чем его предок, который в парике и с косой, в кюлотах и шелковых чулках изображен на старых гравюрах руководящим бригадой рабочих, медленно поднимающих бабу копра, натягивая один конец веревки, перекинутой через блок. У современного инженера есть такой полезный слуга, как пар, и история современного инженерного дела — это главным образом история тех изобретений, с помощью которых пар смог заменить ручной труд, таких как копры, паровые экскаваторы, паровые земснаряды и другие подобные инструменты.

General View of the Poughkeepsie Bridge.

После того как дорожное полотно железной дороги завершено и покрыто хорошим слоем гравия или щебня, и после того как все временные сооружения были заменены постоянными, можно сказать, что эта часть работы выполнена, требуя лишь устранения повреждений от штормов. Но путь железной дороги никогда не бывает закончен. Он всегда изнашивается и всегда заменяется.

Erection of a Cantilever.

Некоторые из ранних английских инженеров, не понимая этого, пытались укладывать прочные каменные стены, покрытые камнем, обтесанным до гладкой поверхности, на которые они укладывали свои рельсы. Они называли это «постоянным путем» в отличие от временного пути из рельсов и поперечных шпал, используемого подрядчиками при строительстве линий. Но опыт вскоре показал, что временный путь, если он опирается на слой щебня, всегда остается дренированным, всегда упругим и остается в гораздо лучшем состоянии, чем более дорогой так называемый «постоянный путь». Когда началось увеличение веса нашего подвижного состава, начиная примерно с 1870 года, выяснилось, что железные рельсы изнашиваются очень быстро. Некоторые железнодорожники заявляли, что железнодорожная система достигла своего полного развития. Но в этом мире предложение обычно соответствует спросу. Когда что-то очень нужно, оно обязательно появится, рано или поздно. Процесс производства стали, изобретенный Генри Бессемером из Англии и названный в его честь, а также усовершенствованный А. Л. Холли из нашей страны, дал нам стальной рельс, который в настоящее время стоит меньше, чем железный, и служит в пять-шесть раз дольше, даже при сегодняшних тяжелых нагрузках. Мы сейчас приближаемся очень близко к пределу того, что может выдержать рельс, в то время как стыки становятся все менее способными выполнять свою функцию. Плохие стыки означают неровный путь. Неровный путь означает значительно большие расходы как на его обслуживание, так и на обслуживание всего подвижного состава, поскольку удары и толчки наносят взаимный ущерб как рельсам, так и тому, что по ним движется. Поэтому все управляющие железными дорогами сейчас уделяют больше заботы и внимания своим путям.

При укладке пути на новой железной дороге, если это происходит в давно заселенной местности, где поблизости есть другие железные дороги, а шоссе хорошие, шпалы доставляются в штабелях вдоль линии там, где они нужны, а подвоз рельсов сравнительно невелик. Шпалы укладываются, расставляются и укладываются на основание, обтесываются для получения ровной опоры, и на них укладываются рельсы; рабочие делятся на бригады, каждая из которых выполняет свою часть работы. После того как путь уложен, подходят балластные поезда и покрывают дорожное полотно гравием. Путь поднимается, гравий хорошо утрамбовывается под шпалами, и путь готов к использованию.

Spiking the Track.

Rail Making.

Затем дорога делится на участки длиной около пяти миль. На каждом участке есть дорожный мастер с четырьмя-шестью рабочими. Их обязанность — проходить по пути не менее двух раз в день на своей ручной дрезине, осматривать каждый стык, и там, где он обнаружен просевшим или смещенным, возвращать его в правильное положение путем подбивки гравия под него и сдвига пути. Они также должны следить за тем, чтобы все канавы были очищены от воды, что является самым важным моментом, так как без хорошего дренажа земля под гравийным балластом становится мягкой, грязь вымывается в гравий, и все вскоре приходит в плохое состояние.

Они должны следить за тем, чтобы ограждения были в порядке, чтобы деревья и телеграфные столбы не падали на путь, чтобы деревянные мосты не сгорали, чтобы железные и каменные мосты не подмывались паводками, и всегда устанавливать сигналы опасности, чтобы предупреждать поезда.

Track Laying.

Компетентные судьи признают, что путь Пенсильванской железной дороги — лучший в этой стране и один из лучших в мире. Он поддерживается на высоком уровне совершенства с помощью системы соревновательных проверок.

Примерно первого ноября каждого года, после того как сезонные работы завершены, проводится инспекционный тур по всем линиям на специально подготовленном поезде, состоящем из двух или более вагонов, не похожих на обычные крытые товарные вагоны с открытым передним концом. Каждый вагон толкается перед локомотивом и медленно движется по линии, только в светлое время суток, чтобы инспекционная группа могла иметь полный обзор дороги.

Пенсильванская дорога разделена на главные дивизионы, дивизионы суперинтендантов длиной около 100 миль, дивизионы супервайзеров около 30 миль и подразделения по 2,5 мили.

Экзаменационная комиссия для каждого дивизиона супервайзера состоит из супервайзеров других дивизионов. Проезжая, они делают отметки на карточке. Один подкомитет оценивает состояние выравнивания и профиля рельсов; другой — состояние стыков и расстановку шпал; третий — балласт, стрелки и подъездные пути; четвертый — канавы, дорожные переезды, станционные территории. Оценки варьируются от 0 до 10, где 0 — очень плохо, 5 — среднее, а 10 — совершенство. Когда поездка завершена, все эти отчеты собираются и выводится среднее значение для каждого дивизиона.

В качестве стимула для супервайзеров и мастеров подразделений к достижению превосходства на своем дивизионе выдаются премии следующим образом:

100 долларов супервайзеру, имеющему лучший двор на своем главном дивизионе.

По 100 долларов каждому супервайзеру, имеющему лучший дивизион супервайзера на каждом дивизионе суперинтенданта длиной 100 миль.

75 долларов мастеру, имеющему лучшее подразделение длиной 2,5 мили на каждом главном дивизионе.

60 долларов каждому мастеру, имеющему лучшее подразделение на своем дивизионе суперинтенданта, включая дворы.

50 долларов мастеру, имеющему лучшее подразделение на каждом дивизионе супервайзера.

В дополнение к вышесказанному, генеральным менеджером выдаются две почетные премии, которые вовлекают в соревнование друг с другом те части главной линии, которые лежат по обе стороны от Филадельфии, а именно:

100 долларов супервайзеру, имеющему лучшую линию и профиль между Питтсбургом и Джерси-Сити.

50 долларов за второе место.

Если супервайзер или мастер подразделения получает одну из высших премий, ему не разрешается быть конкурентом на получение других премий, за исключением почетных премий.

Преимущества этих инспекций и премий заключаются в следующем: каждый человек точно знает, каков стандарт совершенства, и стремится к тому, чтобы его участок достиг его. При старой системе человек никогда не покидал свой собственный участок и не имел возможности для сравнения, и, как все непутешествующие люди, становился самонадеянным.

Стандарт совершенства становится все выше и выше с каждым годом. Царит полная справедливость, так как сами люди являются судьями. Офицеры дороги не ставят оценок, но обычно наблюдают и следят за тем, чтобы все было честно.

Это сближает офицеров и рабочих и показывает рабочим, как все трудятся на общее благо. В монотонную жизнь рабочих вносится приятное разнообразие. Им есть чего ждать, кроме попоек.

Именно принятие таких методов предотвратит забастовки в будущем. Это поощряет корпоративный дух среди рабочих и воспитывает их во всех отношениях.

Эта система была впервые разработана и введена в действие на Пенсильванской железной дороге в 1879 году г-ном Фрэнком Томсоном, генеральным менеджером, которому по праву принадлежит заслуга в этом.

Я попытался проследить историю строительства железной дороги; и из сказанного должно быть ясно, что эволюция железной дороги и ее подвижного состава следует тем же законам, которые управляют остальным миром: приспособление к обстоятельствам решает, что является наиболее приспособленным, и только это выживает. Свалка металлолома большой железной дороги рассказывает свою собственную историю.

Наши железные дороги достигли развития, которое удивительно. Железные дороги Соединенных Штатов, если их выложить непрерывно, протянулись бы более чем на полпути к Луне. Одни только их мосты протянулись бы от Нью-Йорка до Ливерпуля. Несмотря на количество аварий, о которых мы читаем в ежедневных газетах, статистика показывает, что ежегодно на железных дорогах погибает меньше людей, чем ежегодно погибает при падении из окон.

Железные дороги настолько удешевили стоимость перевозок, что, хотя груз пшеницы теряет всю свою ценность при перевозке на сто миль по обычной дороге, мяса и муки, достаточных для обеспечения одного человека на год, можно, по словам г-на Эдварда Аткинсона, перевезти на 1500 миль с Запада на Восток за дневной заработок этого человека, если он квалифицированный механик. Если грузовые тарифы будут снижаться в будущем так же, как в прошлом, это вскоре можно будет сделать за дневной заработок простого рабочего.

Количество людей, занятых в строительстве, оснащении и эксплуатации наших железных дорог, составляет около двух миллионов.

The combined armies and navies of the world, while on peace footing, will draw from gainful occupations 3,455,000 men.

Они создают богатство — эти разрушают его. Удивительно ли, что Америка — самая богатая страна в мире?

Скорость, с которой можно строить железные дороги по прериям Запада, необычайна. Это правда, что объем земли, которую необходимо переместить, гораздо меньше, чем на железных дорогах Востока. В Айове и Висконсине объем составляет от 20 000 до 25 000 ярдов на милю, в то время как в Дакоте — всего от 12 000 до 15 000 ярдов на милю. Сделав все необходимые поправки на это, результат все равно остается замечательным.

Temporary Railway Crossing

the St. Lawrence on the Ice.

Система Манитобы была расширена в 1887 году через Дакоту и Монтану на расстояние 545 миль. Небольшая армия из 10 000 человек с примерно 3500 упряжками под командованием генерала Д. К. Шепарда из Сент-Пола, инженера-ветерана и подрядчика, сделала все это в период со 2 апреля по 19 октября. Все материалы и продовольствие приходилось доставлять на фронт с базы снабжения. Армия спала в своих палатках, лачугах и вагонах. Земляное полотно насыпалось из боковых канав, иногда с помощью тележек, а иногда с помощью землеройной машины.

Temporary Railway Crossing the St. Lawrence on the Ice.

Все делалось с военной организацией, за исключением того, что после них оставалась железная дорога, а не оборонительные земляные линии. Предполагая, что эта железная дорога, готовая к оснащению, стоила 15 100 долларов за милю, или 8 175 000 долларов, и если это правда, как говорят нам статистики, что каждый доллар, потраченный на строительство железных дорог в новой стране, добавляет десять к стоимости земли и другого имущества, то эта шестимесячная кампания показывает реальный прирост богатства нашей страны более чем на восемьдесят миллионов долларов. Если бы нашему правительству пришлось содержать армию наблюдения такого же размера на канадской границе, это привело бы к чистым убыткам более восьми миллионов долларов, и единственным результатом было бы небольшое сокращение профицита бюджета.

Необходимо помнить, что эта железная дорога была построена по американской системе: когда рельсы были уложены так, чтобы поезда могли ходить, она была готова не более чем наполовину; путь нужно было балластировать, временные деревянные сооружения заменить каменными и железными, а многие здания и мили подъездных путей еще предстояло построить. Но она начала приносить доход с того самого дня, когда был уложен последний рельс, и за счет своих доходов и полученного благодаря этому кредита она завершит сама себя.

И это лишь один пример из многих. Армии мира работают по всей нашей стране, увеличивая наше богатство и связывая все части в единое целое. Мы имеем здесь истинный ответ Карлейлям и Раскинам, которые спрашивают: «В чем польза всего этого? Стал ли человек лучше, если он едет со скоростью шестьдесят миль в час, чем тот, кто ехал пять миль в час?» «Разве мы не были счастливее, когда наши поля были покрыты золотыми урожаями, чем сейчас, когда пшеницу нам привозят из Дакоты?»

Великая функция железной дороги — изменить всю основу цивилизации с военной на промышленную. Талант, энергия, деньги, которые тратятся на содержание всей Европы как вооруженного лагеря, здесь тратятся на строительство и содержание железных дорог с их армией в два миллиона человек. Без помощи железных дорог восстание Южных штатов никогда не было бы подавлено, и потребовались бы две большие постоянные армии. Благодаря железным дорогам, дополненным телеграфами, легко распространить нашу федеральную систему на целый континент и тем самым навсегда отказаться от постоянных армий.

Моральный эффект этого на Европу велик, но физический эффект еще больше. Американские железные дороги почти уничтожили лендлордизм в Ирландии, и однажды они уничтожат его в Англии и по всему континенту Европы. Пока Европа зависела в плане продовольствия от собственных полей, владелец этих полей мог устанавливать свою арендную плату. Этого он больше делать не может из-за дешевизны перевозок из Австралии и прерий Америки, благодаря изобретениям Уатта, Стефенсонов, Бессемера и Холли.

Вместе с богатством лендлордов уйдет и их политическая власть. Управление европейскими странами перейдет из рук крупных землевладельцев, но не в руки черни, как опасаются. Оно перейдет в те же руки, которые управляют Америкой сегодня — территориальной демократии, владельцам небольших ферм, а также промышленникам и торговцам. Когда это произойдет, будут предприняты попытки решать международные споры путем арбитража, а не войны, следуя примеру Женевского арбитража между двумя величайшими промышленными нациями мира. Распространится ли когда-нибудь наша федеральная система на остальной мир, никто не знает, но мы знаем, что без железных дорог это было бы невозможно.

Когда мы рассматриваем влияние всех этих удивительных изменений на сумму человеческого счастья, мы должны признать, что инженер должен по праву занять место наравне с государственными деятелями и солдатами, и что нельзя назвать больших благодетелей человеческого рода, чем Стефенсоны и их американские ученики — Аллен, Роджерс, Джервис, Уайнанс, Латроб и Холли.

СНОСКИ:

[1] Уместно здесь сказать, что английские инженеры теперь ценят достоинства американской поворотной тележки или боги. В статье о железных дорогах в последнем издании «Британской энциклопедии», говоря о локомотивах, автор статьи, который является английским инженером высокого авторитета, говорит: «Американская практика много лет назад пришла к двум ведущим типам локомотивов для пассажирских и грузовых перевозок. Пассажирский локомотив имеет восемь колес, из которых четыре спереди заключены в тележку, а четыре колеса сзади являются сцепными ведущими. Это тип, к которому приближается английская практика». Курсив наш.

[2] Статистика десяти ведущих английских и десяти ведущих американских линий, приведенная Дорси, показывает следующие результаты: 1. Стоимость в год на рационы, заработную плату, топливо американского локомотива составляет 5590 долларов; английского локомотива — 3080 долларов. 2. Среднее годовое количество поездо-миль, пройденных американским локомотивом, 23 928; английским локомотивом — 17 539. 3. Годовой доход: американский локомотив — 14 860 долларов; английский локомотив — 10 940 долларов, хотя английские грузовые тарифы намного выше, чем в Соединенных Штатах.

[3] Автор получил многие статистические данные, использованные в этой статье, из книги А. М. Веллингтона «Экономическая теория размещения железных дорог», настоящего кладезя ценной информации по всем таким вопросам.

[4] Количество постоянных деревянных и железных ферменных мостов и временных деревянных эстакад на Чикагской, Милуокской и Сент-Полской железной дороге следующее:

Truss bridges,700spans, average93feet,124/5 miles. Trestle "7,196" "77"1031/10" ————— Total,7,8961159/10"

Приблизительное общее количество мостов в Соединенных Штатах в 1888 году составляло:

Iron and wood truss bridges,61,562spans,1,086miles. Wooden trestles,147,1872,127" –———–—— Total,208,7493,213"

Вероятно, три четверти ферменных мостов сейчас сделаны из железа или стали и могут считаться совершенно безопасными до тех пор, пока поезда остаются на рельсах и не ударяются о боковые фермы. Деревянные эстакады являются постоянным источником опасности из-за гниения, возгорания или схода поездов с рельсов, и их следует заменять постоянными сооружениями так быстро, как позволяют время и деньги.

[5] См. следующую статью о «Подвигах железнодорожного строительства», страница 86.

[6] Более полное описание работы в кессоне см. в «Подвигах железнодорожного строительства», страница 69.

[7] См. «Подвиги железнодорожного строительства», страница 55.

ПОДВИГИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА.

ДЖОНА БОГАРТА.

Развитие рельса — Проблемы для инженера — Как преодолеваются высоты — Использование эстакад — Строительство на склоне горы — Инженерное дело на веревочных лестницах — Через порталы каньона — Подвиги на железной дороге Оройя, Перу — Выемка Ночистонго — Зубчатые рельсы для крутых подъемов — Трудности при строительстве туннелей — Фундаменты мостов — Ряжи и пневматические кессоны — Как люди работают под водой — Строительство каменных арок — Дерево и железо в мостостроении — Великие подвесные мосты — Ниагарская консоль и огромный мост Форт — Надземные и подземные дороги — Обязанности гражданского инженера.

В Соединенных Штатах сто пятьдесят тысяч миль железных дорог: триста тысяч миль рельсов — по длине достаточно, чтобы сделать двенадцать стальных поясов для окружности Земли. Эта огромная длина рельсов удивительна — мы не совсем осознаем ее значение. Но сам рельс, небольшой стальной профиль, — это инженерный подвиг. Изменение его формы от любопытной и неуклюжей железной грушевидной головки тридцать лет назад до нынешнего утонченного стального профиля — это научное развитие. Теперь это балка, каждый размер, кривизна и угол которой точно соответствуют огромной работе, которую она должна выполнять. Нагрузки, которые она несет, огромны, удары, которые она получает, тяжелы и постоянны, но она несет нагрузки, выдерживает удары и выполняет свой долг. Локомотив и современные пассажирские и грузовые вагоны — это великие достижения; как и маленький рельс, который несет их всех.

Железная дорога сегодня — одна из обыденных ассоциаций нашей активной жизни. Мы пользуемся ею так постоянно, что требуется некоторое усилие, чтобы думать о ней как о чем-то удивительном; создании человеческой изобретательности, которого не существовало, когда наши деды были молоды. Ее длинные мосты, высокие виадуки и темные туннели могут быть замечены и запомнены путешественником, но узкий стальной путь, сама дорога, кажется лишь простой работой. И все же проблема трассировки, определение, фут за футом и миля за милей, того, где должна пройти линия, требует для своего успешного решения высочайшего мастерства инженера, чья профессия до создания железной дороги почти не существовала. Локомотивы теперь преодолевают высоты, на которые несколько лет назад не могло подняться ни одно транспортное средство на колесах. Автор с друзьями-инженерами был в горах Колорадо летом 1887 года и видел поезд из очень умных ослов, нагруженных рудой с шахт, к которым не было доступа, кроме как этим уверенно ступающим животным. В течение года один из той группы инженеров наметил и строил железную дорогу к тем самым шахтам. Никакие высоты сегодня не кажутся слишком большими, никакие долины слишком глубокими, никакие каньоны слишком неприступными, никакие потоки слишком широкими; если требует торговля, инженер ответит, и железные дороги будут построены.

Трассировка линии железной дороги через сложную местность требует натренированного суждения инженера с особым опытом, и самая сложная местность — это отнюдь не та, которую можно было бы предположить на первый взгляд. Линия через узкий проход почти намечает себя сама. Но подход к вершине через холмистую местность часто является серьезной проблемой. Уклон должен быть как можно более пологим и никогда не должен превышать установленный максимум. Выемки и насыпи должны быть как можно более мелкими — количество материала, извлеченного из выемок, должно быть примерно достаточным для создания прилегающих насыпей. Кривые должны быть редкими и иметь большой радиус — никогда не превышая установленного предела. Линия всегда должна оставаться настолько прямой, насколько позволяют эти соображения, чтобы окончательная трассировка давала кратчайшее практическое экономичное расстояние от точки до точки. Многие мили железной дороги, по которым мы сейчас путешествуем на самой высокой скорости, были утомительной проблемой для инженера-трассировщика, и он часто достигал действительно большего успеха, обеспечивая линию, которая, кажется, тесно прилегает к местности, по которой она проходит, не оставляя резких следов на природе, чем если бы он с явной смелостью глубоко врезался в холмы и возводил насыпи и виадуки высоко над низменностями и долинами.

View Down the Blue from Rocky Point, Denver,

South Park and Pacific Railroad;

showing successive tiers of railway.

Но дороги должны проходить через многие регионы, где необходимо принимать совершенно иные меры, чтобы обеспечить трассировку, пригодную для движения. Например, линия на большой высоте приближается к широкой долине, которую она должна пересечь. Скорость спуска определяется установленным максимальным уклоном, а стороны долины гораздо круче, чем этот уклон. Тогда инженеру приходится выигрывать расстояние — то есть он должен сделать линию достаточно длинной, чтобы преодолеть вертикальную высоту. Этого часто можно достичь, проложив ее вверх по долине с одной стороны и вниз с другой. При необходимости можно использовать притоки долин, и таким образом осуществить желаемый переход. Но порой даже этих уловок будет недостаточно. Тогда линию заставляют изгибаться на самой себе и спускаться по склону холма на полках, вырезанных в земле или скале, изгибаясь в точках, где природа предоставляет хоть какую-то возможность, и достигая долины, наконец, длинными изгибами, подобно пути большой змеи на склоне горы. Эти линии часто показывают несколько ярусов железной дороги, один прямо над другим, как можно видеть на иллюстрациях на страницах 49 и 51.

View Down the Blue from Rocky Point, Denver, South Park and Pacific Railroad; showing successive tiers of railway.

Длинная эстакада, показанная на иллюстрации напротив, является примером уловки, часто приносящей огромную пользу в железнодорожном строительстве. Эти эстакады построены из дерева, просто, но прочно соединены вместе, и полностью эффективны для перевозки грузов в течение ряда лет. Затем их необходимо обновлять или, что лучше, заменять насыпью, которую можно постепенно создавать, выгружая материал из вагонов прямо на эстакаду. Проиллюстрированная эстакада интересна тем, что она соответствует кривизне линии, что в той местности, горах Колорадо, вероятно, было необходимостью трассировки.