Иногда инженер-строитель железной дороги сталкивает свою новую линию лицом к лицу с горой, слишком крутой, чтобы ее можно было легко преодолеть. Тогда он может начать подготовку к ее пробивке. Тоннели — не самые приятные места для поездок. К тому же они дороги в строительстве, а после возведения требуют бесконечной заботы, предполагающей дорогостоящий и постоянный осмотр. Но — и это «но» в данном случае очень велико — они радикально уменьшают уклоны и расстояния; а уменьшая уклоны, вы почти наверняка снижаете эксплуатационные расходы. Железнодорожник дважды подумает, прежде чем отказаться от дымной тоннельной трубы стоимостью от трех до пяти миллионов долларов, когда его эксперты-консультанты говорят ему, что эта самая дымная труба сбережет ему сто тысяч тонн угля в течение года.
Почти с самого своего зарождения американские железные дороги зависели от тоннелей, тем самым строго следуя европейскому примеру. Аллеганская перевалочная железная дорога, о которой уже упоминалось, проходила через то, что считается первым железнодорожным тоннелем в Соединенных Штатах. Он пробивал отрог в Аллеганских горах и имел длину 901 фут, ширину 20 футов и высоту внутри свода 19 футов, причем участки по 150 футов у каждого портала были облицованы тесаным камнем. Старый тоннель, построенный в 1832 году, в котором уже более полувека не раздавался стук колес и пыхтенье паровоза, до сих пор можно найти недалеко от Джонстауна, штат Пенсильвания. Сегодня он служит лишь для того, чтобы привлечь внимание к долговечности работы наших самых первых железнодорожных строителей.
Строительство тоннелей стало важнейшей частью раннего периода истории дороги Балтимор и Огайо, поскольку пути прокладывались через крутые склоны Аллеганских гор. Тоннель Кингвуд, пробитый Б. Х. Латроубом, имел длину почти милю и был главным из этих сооружений. Но когда впервые было предложено прорыть Гузский тоннель — пробив каменное сердце одной из величайших вершин Беркширских гор, — страна была потрясена. Четыре с половиной мили тоннеля! В далеком 1854 году, когда этот план был впервые обнародован, это казалось нелепостью, и люди охотно высказывали свое мнение о столь абсурдном замысле. В течение двадцати лет казалось, что эти скептики были правы: работа по прокладке этого монументального тоннеля стала страшной финансовой брешью для казны штата Массачусетс, оказывавшего поддержку проекту. Но проходчики в конце концов победили — как это почти всегда и бывает, — и Гузский тоннель по сей день остается величайшим из всех горных тоннелей в Америке. Система непрерывных тоннелей, с помощью которой Пенсильванская железная дорога недавно дошла до своего терминала в Нью-Йорке, простирается от Берген-Хилл в Нью-Джерси до Саннисайда на Лонг-Айленде на расстояние около десяти миль. По сути, главной особенностью недавних тоннельных работ в нашей стране было строительство терминалов и развитие систем скоростного транспорта в крупных городах. В течение многих лет Нью-Йорк и Балтимор в особенности были пронизаны этими подземными железными дорогами; эта строительная особенность возрастает по мере роста самих наших крупных нитей городов. Сегодня ни одна река не является слишком грозной, чтобы ее нельзя было покорить с помощью этих подземных транспортных артерий. Река, такая как Гудзон или Детройт, иногда может остановить мостостроителей, но она почти не вызывает страха у инженеров-тоннельщиков.
Прокладка тоннелей обычно представляет собой отдельную часть работы по строительству железной дороги. Она требует особого таланта, причем чрезвычайно высокого уровня квалификации. Если тоннель длиннее половины или трех четвертей мили, его, вероятно, будут прокладывать не только от порталов, но и из одной или нескольких вертикальных шахт. Благодаря этому работы не только значительно ускорятся, но и после их завершения шахты продолжат служить вентиляционными каналами для вывода паровозного дыма и газов из трубы. Работы должны находиться под постоянным и пристальным контролем участковых инженеров. Линии разметки необходимо корректировать ежедневно, поскольку тоннель не должен сбиваться с курса. Он должен прокладываться по точной прямой от одного забоя до другого. В шахтах будут подвешены отвесы с тяжелыми грузиками для уменьшения вибрации. Иногда эти грузики погружают в воду или патоку.
Забои прокладываются от порталов и от дна шахт. Если тоннель рассчитан всего на один путь, он строится шириной от 15 до 16,5 футов и высотой от 21 до 22 футов внутри своей обделки; поэтому общий метод заключается в том, чтобы сначала пройти верхний уступ высотой около 10 футов прямо под сводом выработки. Остальной массив породы вынимается в положенное время на двух последующих уступах или уровнях.
Пробивка гранитной горы — дело небыстрое. Когда Пенсильванская железная дорога строила свой второй тоннель Галлицин в 1903 году, 13 рабочих, обслуживавших 4 буровые машины в верхнем забое, смогли пробурить 16 шпуров глубиной по 10 футов за один рабочий день. Инженеры подсчитали, что каждый взрыв разрушал двадцать три кубических ярда породы. Ночью, когда «скалолобы» спали, а их перфораторы молчали, бригада из четырнадцати «чернорабочих» убирала разрыхленную породу.
Медленная работа. Дорога Южная Тихоокеанская, прокладывавшая себе путь сквозь гребень Каскадных гор с помощью грандиозного тоннеля Стампид длиной почти две мили, потребовала от подрядчика работы под давлением с темпом проходки 13,5 футов тоннеля в день. Подрядчик, работавший по премиальной системе, справился лучше. Располагая армией из 350 «скалолобов», «чернорабочих» и их помощников, а также неутомимой батареей из 36 буровых машин, он порой добивался проходки до восемнадцати футов в день с двух забоев. Выполняя трехлетний заказ, он опередил контрактные сроки на семь дней. Дорога Южная Тихоокеанская заплатила эту цену — 118 долларов за каждый погонный фут тоннеля. Это была высокая цена, во многом обусловленная тем, что работы велись в то время в практически первозданной глуши. Дорога Уобаш, прокладывавшая свой путь через великие и суровые холмы Западной Пенсильвании к Питтсбургу десяток лет спустя, смогла прорыть серию своих тоннелей при средней стоимости 4509 долларов за 100 футов. Из этой суммы 2527 долларов ушло на оплату труда, а 260 долларов составила цена тонны динамита.
Когда инженер-тоннельщик обнаруживает, что его выработка не будет проходить через твердую породу, в монолитности которой он более чем уверен, он готовится к использованию проходческих щитов. Эти щиты, продвигающиеся одновременно от порталов и от оснований шахт, представляют собой стальные кольца с периметром, лишь ненамного превышающим размеры готового тоннеля. С помощью кирок, буров и динамита они непрерывно расчищают путь вперед, после чего щит вдавливается в этот путь. За проходческим щитом движутся временные пути, а для вывоза породы используются временные паровозы — в наши дни чаще электрические, чем паровые. Электричество стало настоящим благом для современных тоннельщиков. Его использование для освещения и питания позволяет сохранять воздух в тоннеле совершенно чистым от газов во время проходческих работ.
В редких случаях порода, сквозь которую продавливается щит, достаточно прочна, чтобы удерживать себя сама; в большинстве же случаев инженеры предпочитают устраивать обделку выработки, как правило, из кирпича и бетона. Эта обделка устанавливается в полосе движения проходческого щита до того, как его защита будет полностью снята; и поэтому тяжелая арочная крепить из брусьев, которая раньше была визитной карточкой успешного инженера-тоннельщика, больше не используется.
Прокладка тоннелей становится вдвойне сложной, когда железную дорогу приходится проводить под рекой или каким-нибудь широким морским заливом. Люди работают в неестественной среде, когда трудятся под поверхностью великих вод, и хроника таких работ полна трагедий. В любой момент прочная порода может исчезнуть, появиться ил, песок или подземный поток, и беспомощные рабочие найдут готовую могилу. При работах, где есть хотя бы малейшее ожидание такого развития событий, применяется шлюзовая камера с искусственным давлением, сдерживающим мягкий грунт и влагу. В другой главе мы увидим, как работает кессон. Скажем лишь сейчас, что необходимость «работать под давлением воздуха» не приносит никому радости. Она сильно затрудняет и усложняет строительные работы, а также значительно увеличивает расходы. Более того, у нее своя летопись трагедий. Тем не менее, к бесконечной чести национальной стойкости, в анналах американской инженерии нет ни одного случая, чтобы рабочие окончательно бросили тоннельный проект. Жизни были принесены в жертву, немалые состояния развеяны по ветру, но в конце концов неукротимая железная дорога всегда находила свой подземный путь.
Тоннельщики могут рассказать вам об аварии, произошедшей три года назад при прокладке метрополитена под Ист-Ривер от Манхэттена до Бруклина. Проходческий щит, двигавшийся со стороны Бруклина, внезапно выскользнул из породы в незащищенный мягкий ил речного дна. Сильно сжатый воздух выбил гейзер прямо на поверхность реки примерно в пятидесяти футах выше. Рабочего выбросило через этот гейзер, он весело покружился доля секунды над рекой, а затем упал вниз, где его подобрала команда проходящего мимо паромного судна. Через неделю он снова был на работе внутри проходческого щита. Его судьба была противоположна той, что обычно ждет человека, попавшего в тоннельную аварию.
«Здесь не так паршиво, как бывало раньше, — рассказывает вам один из них. — Когда я только пришел в эту профессию, у них не было ни электричества для освещения, ни для передвижения вагонеток, вообще ничего. Мы пытались обходиться безопасными лампами да чуть не задыхались до смерти. Тогда здесь было больше похоже на ад, чем теперь».
«Иногда инженер-строитель... сталкивает свою линию лицом к лицу с горой»
Завершение обделки тоннеля
Самый загруженный тоннельный узел в мире — у западных порталов Бергенских тоннелей: внизу шесть путей Эри, наверху четыре пути Лакаванны
Хакенсакские порталы грандиозных тоннелей Пенсильванской дороги под Нью-Йорком
Но ваш интерес к человеку, которого выбросило из тоннеля на поверхность реки и который отделался легким испугом, удовлетворен не полностью, и вы задаете новые вопросы. Что они делают, когда наталкиваются на такой мягкий ил?
«Мы опускаемся на колени и молимся, — говорит вам человек с опытом работы в этой жуткой разновидности строительной инженерии. — Мы стараемся благополучно вывести ребят назад через шлюзовую камеру, а затем прекращаем проходку, пока не сможем исправить положение снаружи. Если случай по-настоящему скверный, нам приходится создавать насыпь, чтобы через нее пробиваться. Обычно это делается путем сброса камней и мешков с песком с понтонов прямо над местом прорыва. Это довольно грубый способ врачевания, но он срабатывает, и обычно все получается. Все, что нам нужно, — это заставить породу держаться до тех пор, пока мы не сможем установить кольца тоннеля».
«Это еще не самое худшее. Мне доводилось прокладывать выработку под водой таким образом, когда мы натыкались на твердую породу сверху и на мягкий ил под нижней кромкой. Вот от этого инженеры начинают потеть. Нельзя же опереть такой чугунный тоннель на ил, и начинаешь гадать, придется ли тебе бросить все после стольких трудов под этой проклятой рекой и позволить боссу потерять деньги».
«В последний раз, когда мы столкнулись с подобной проблемой, босс не сдался. Он был не из таких. У него был главный инженер, который от начала и до конца был железным человеком. Как вы думаете, что этот парень сделал? Он просверлил отверстия в дне обделки и опустил стальные стойки прямо вниз до следующего уступа твердой породы. И этот тоннель стоит там по сей день, перевозя 32 тысячи человек между пятью и шестью часами вечера каждый день, примостившись там внизу, на глубине семидесяти футов под землей, словно огромная гусеница, растянувшаяся под самым зловещим скальным уступом, какой вы только видели».
Для такого рода работы требуется настоящий инженерный гений. Тот, кто ведет свою выработку в неизвестность, должен быть начеку перед лицом неожиданностей. Непредвиденные обстоятельства возникают ежеминутно, и инженер-тоннельщик должен быть готов встретить их во всеоружии своего ума и изобретательности. Наконец наступает день, когда выработки с обоих берегов подходят вплотную друг к другу. Если под руслом реки велись взрывные работы, они сводятся к минимуму. Буры работают на полускорости, над рабочими висит лихорадка ожидания. Те, кто находится ближе к забою, улавливают слабые звуки голосов рабочих с другой стороны тонкого барьера — последней преграды реки, которая, как предполагалось, не признавала над собой никаких завоевателей.
Первое крошечное отверстие между двумя выработками встречается дикими криками. На поверхности далеко наверху свистки шахтных зданий разносят новость внешнему миру; ее подхватывают и многократно отражают гудки шумных речных судов. Отверстие становится все больше. Оно достаточно велико, чтобы через него мог протиснуться человек; и человек, наслаждающийся славой в этот единственный момент своей жизни, проползает сквозь него. Рабочие бросают работу и устраивают прямо в тоннеле скромное застолье. Вечером инженеры и подрядчики пируют в гостинице. «Не так уж плохо, — спокойно говорит главный инженер. — Мы отклонились на три восьмых дюйма на длине 8000 футов». Это было действительно неплохо. Это говорило о многом в пользу его профессии. Провести две гигантские выработки с противоположных берегов широкой реки и заставить их встретиться с погрешностью менее трех восьмых дюйма от идеального выравнивания — это было достижение, безусловно заслуживающее внимания.
После этого удаляются последние следы грубой породы и ила, железные кольца тоннеля прочно соединяются между собой, сбрасывается давление воздуха, а проходческие щиты, составлявшие столь существенную часть конструкции, демонтируются. Затем остается лишь работа по установке кабелепроводов, прокладке проводки и укладке путей, прежде чем тоннель будет готов к движению поездов.
Компания «Мичиган Сентрал» недавно завершила строительство тоннеля под оживленной Детройтской рекой в Детройте, что позволяет отказаться от использования железнодорожного паромного переправы в этом месте. Тоннель был построен совершенно новым для инженеров способом. Река в Детройте имеет ширину около трех четвертей мили, а ее дно сложено из мягкой синей глины, что затрудняет безопасную и экономичную проходку тоннеля. Чтобы справиться с этим препятствием, был создан новый способ строительства тоннелей.
Сам тоннель состоит из двух труб, каждая из которых изготовлена из стали толщиной в три восьмые дюйма и усилена каждые двенадцать футов внешними «ребрами». Русло было углублено дноуглубительным снарядом, и было уложено бетонное основание. Секции тоннеля, каждая длиной 250 футов, затем устанавливались на место по одной за раз. Концы секций закрывались на береговом заводе водонепроницаемыми деревянными переборками. Затем их крепили к четырем плавучим цилиндрам со сжатым воздухом и буксировали на позицию. После этого оставалось лишь технически отработанное дело: опустить секции на место, залить дополнительную порцию бетона и надежно закрепить новую секцию. Деревянные переборки со стороны уже завершенной трубы затем демонтировались, и конструкция была готова к работе путейцев. Подводная часть нового Детройтского тоннеля имеет длину 2600 футов; на детройтском берегу она соединяется с наземным тоннелем длиной 2100 футов, а на канадском — с наземным тоннелем длиной 3192 фута.
Требуется нечто большее, чем река, несущая через свое узкое горло огромный и растущий трафик Великих озер — трафик, сопоставимый с перевозками по самому Атлантическому океану, — чтобы остановить продвижение железной дороги.
ГЛАВА V
МОСТЫ
Мосты деревянные, затем каменные, затем стальные — Виадук Старукка — Первый железный мост в США — Стальные мосты — Инженерные триумфы — Различные типы железнодорожных мостов — Баллочный пролет и ферменный пролет — Подвесные мосты — Консольные мосты — Достижение твердой породы с помощью кессонов — Работа «пескокопов» — Консольный мост через реку Панд-Орей — Разнообразие задач в мостостроении — Преимущества каменного моста — Мосты через рифы Флориды.
Когда человеческие жилища начали умножаться по берегам водотоков, родилась профессия мостостроителя. Первым мостом, вероятно, было срубленное дерево, перекинутое через какой-нибудь скромный ручей. Но из этого первого моста выросло грандиозное развитие. Мостостроение стало искусством и наукой. Люди создавали гигантские каменные сооружения — арочные виадуки большой протяженности, которыми они бросили вызов времени. Затем на протяжении двух тысяч лет профессия мостостроителя стояла на абсолютно мертвой точке.
С приходом эпохи железа и стали она снова двинулась вперед. Разработка прочного волокна, лишенного мертвого веса гранита, открыла перед инженерами новые возможности. Они начали с простых форм, а затем вновь совершили развитие с удивительными скалками. Сталь, этот мертвый материал с живым мускулом, могла перекрывать водные преграды, от которых шарахался камень. Сталь перекроила карты наций. Гордые реки, у которых останавливались пути людей, были покорены впервые. Упростились транспортные маршруты всех видов; железная дорога сделала новый шаг вперед; а этому старому, поседевшему миру была обеспечена экономия в миллионы долларов.
Первые представители весьма славной плеяды американских мостостроителей возводили великие деревянные сооружения для дорог и почтовых трактов. Некоторые из них уходили корнями вглубь веков и пришли к каменному мосту — во многом самому удивительному из всех искусственных сооружений, с помощью которых человек побеждает разрушительную силу текущей воды. Но строительство каменных мостов требовало времени и денег, а время и деньги были дефицитными факторами в новой стране, начавшей стремительно расширяться.
Поэтому сначала железная дорога следовала по пути обычных дорог и почтовых трактов и переняла деревянный мост. В некоторых случаях она буквально накладывалась на дорожный мост, как в Трентоне, штат Нью-Джерси, где надежное деревянное сооружение, построенное Теодором Берром в 1803 году, было укреплено и расширено в 1848 году для пропуска первого сквозного железнодорожного маршрута из Нью-Йорка. Оно продолжало выполнять свою тяжелую двойную работу до 1875 года, пока его не сменил стальной мост. Около десятка лет назад железнодорожные пути с этого сооружения были перенесены на великолепный и постоянный каменный арочный мост, построенный неподалеку. Таким образом, железнодорожный переход через Делавэр в Трентоне наглядно воплотил в себе шаг за шагом каждый этап развития американского мостостроения.