Расшифровка Почему на железной дороге всё решают мосты

Содержание второй лекции из курса «Как железные дороги изменили русскую жизнь»­

Автор Айрат Багаутдинов

Мы привыкли любоваться мостами. Но, как правило, это либо разводные мо­сты Петербурга, либо какой-нибудь красивый висячий, например Крымский мост в Москве. А вот когда мы едем по железной дороге и заняты чтением или общением с собеседником, мы совсем не обращаем внимания на огромные железнодорожные мосты. Но все не так для инженера-строителя. Именно железнодорожные мосты — это настоящая проверка на прочность. На огром­ных просторах нашей родины приходится создавать большие пролеты или стро­ить опоры в очень сложных грунтовых условиях. Эти тихие тружени­ки, которых мы не замечаем, — настоящий авангард мосто­строи­тель­ной мысли.

Первой протяженной железной дорогой в России была Петербурго-Московская дорога, которая строилась в 40-е годы XIX века. На ней было построено около 200 мостов — впечатляющая цифра, и из них восемь — это очень длинные мо­сты, от 500 метров до километра. И здесь пришлось применить совершенно новую схему. Дело в том, что на ранних этапах мостостроения, например в Анг­лии или США, иногда так называемые виадуки, или железно­дорожные мосты, строили по традиции каменными арочными. Но, в отличие от автомо­биля, по­возки или человека, поезд не может спуститься в речную долину, преодолеть реку по какому-нибудь горбатому мосту и снова подняться на водо­раздел. Поезду нужно ехать по более или менее прямой линии. Поэтому мосты дол­жны были стать очень длинными и очень высокими. Строить их из камня было просто неэкономично, это был очень большой расход материала. Поэто­му по­сле 2000-летнего господства арочных конструкций люди снова обрати­лись к балкам, то есть к прямой конструкции, поставленной на две опоры.

Но балки строить нужно было по особой схеме — это так называемые фермен­ные балки. Что такое ферма? Если мы сделаем рамочку из четырех планок, то она у нас доста­точно подвижная. Квадрат, как говорят математики и инже­не­ры, — это изменяе­мая фигура. Если же мы сделаем треугольник, то он будет достаточно жесткий сам по себе. И вот конструкция, составленная из треуголь­ников, в силу своей жесткости (по-латыни «жесткий» — firmus) и называется «ферма», в данном случае мостовая ферма. Первые фермы были деревянные, и привезли их к нам американские инженеры, которые выступали консультан­тами на строительстве этой железной дороги. Как они были устроены? У фер­мы есть горизонтальные детали — они называются «пояса»; наклонные дета­ли — они называются «под­ко­сы»; и вертикальные — «подтяжки», в те времена это называлось красивым словом «тяжи». Фермы системы американского ин­женера Гау имели деревян­ные пояса и подкосы, но металлические тяжи, что было существенным улуч­ше­нием и давало некоторую экономию. Но аме­ри­ка­нец Гау принял все тяжи одинакового диаметра — для простоты и удоб­ства. Он не рассчи­тывал, какого сечения они должны быть.

И вот на строитель­стве Веребь­инского моста в современной Новгородской области работал моло­дой русский инженер, только что выпустившийся из ву­за. Звали его Дмитрий Журавский. Эта фамилия потом станет страшным сном любого студента-строителя, потому что формулу Журавского мы все сдаем на со­промате. Жу­рав­ский сделал доста­точно логичное предположение: навер­ное, тяжи, которые находятся в середине пролета, и тяжи, которые ближе к опорам, будут испыты­вать разные усилия, и зачем же их все делать одинако­вы­ми? Наверное, надо все-таки рассчитать и сделать где-то потоньше, где-то потолще. И Журавский сделал, пожалуй, самый красивый эксперимент — в исто­­рии строительства точно и, может быть, один из самых красивых в ис­то­рии науки. Он сделал деревянную модель моста. Это достаточно очевидно, модели мостов делаются и сегодня, но вот если под­косы и пояса Журавский сделал из де­ревянной рейки, то тяжи он смоделировал с помо­щью… Ну что могло металлического найтись в быту у молодого инженера? Может быть, он играл на гитаре или на скрипке — в общем, он взял струны. Потом он нагру­зил мост какой-то нагрузкой, имитирующей движение поезда, и затем совер­шенно ге­ниально взял смычок и стал вести смычком по этим струнам. Струны давали разные ноты, а значит, были по-разному натянуты. Таким образом он до­казал, что тяжи испытывают разную нагрузку и можно делать их разного сечения и где-то экономить на металле. Такие фермы — дере­вянные, с метал­ли­ческими тяжами с переменным сечением — вошли в исто­рию под назва­нием «фермы Гау — Журавского». Фамилия нашего соотечест­венника была зафикси­рована в мировом масштабе. Но, к сожалению (а может быть, и к сча­стью), век этих конструкций был недолог: все-таки дерево не са­мый благо­при­ятный ма­териал для строительства железнодорожных мостов, потому что па­ровозы вы­бра­сывают искры. Поэтому уже лет через тридцать все фер­мы Гау — Журав­ско­го в России были заменены на металлические, чаще всего разрабо­тан­ные инженером Николаем Белелюбским.

Конечно, крупнейшим железнодо­рож­ным проектом в истории России была Транс­сибирская магистраль. Она до сих пор входит в Книгу рекордов Гиннесса по трем параметрам: это общая длина — более 9000 километров, количество станций и темпы строительства (дорога строилась темпами по 600 километров в год). На ней много знаменитых мостов: это и мост через Обь в Новосибирске, который дал начало городу; это мост через Амур в Хабаровске. Но, пожалуй, са­мым интересным с точки зрения инженерии является мост через Енисей в Крас­ноярске. Его проект создал не очень известный, но очень значимый рус­ский инженер Лавр Проскуряков — основатель московской школы мостострое­ния и кафедры мостов и тоннелей в Московском институте инженеров транс­порта. На месте работу вел молодой московский инженер Евгений Кнорре, и вот именно он создал ряд очень остроумных решений для этого моста. Мост необходимо было сдать к 1899 году, а начались работы в 1896 году. И надо при­нять во внимание, что Енисей — река очень бурная, с постоянными перепадами уровня воды, очень сложные грунтовые условия, постоянные бури, туман. Как провести строительство такого огромного моста, протяженностью около кило­метра, в таких страшных условиях? Кнорре не нашел ничего лучшего, чем стро­­ить мост только в зимнее время, когда на реке устанавливается лед. Но ес­ли мы посчитаем общую протяженность зимних сезонов за эти четыре года, это не так уж и много. И поэтому Кнорре приходит очень остроумная идея, которая была реализована им впервые в мире: он строит мост методом над­вижки. В чем он заключается? В течение всего года, в том числе в летние ме­сяцы, Кнорре строит на берегу огромные мостовые фермы длиной 150 мет­ров и высотой 27 метров, как семиэтажный дом. А вот в зимнее время воз­водятся деревянные подмости, по которым эти фермы просто накатываются на свои позиции. Больше всего это похоже на счеты, которые у нас были в дет­стве: как мы пере­мещаем по счетам косточки, так и все мостовые фермы были над­ви­ну­ты одна за другой на свои позиции.

Не менее остроумно Кнорре решил и строительство опор. Поскольку их нужно было строить в зимнее время, каким-то образом было необходимо достать до дна реки — закрытой льдом. Но все новое — это хорошо забытое старое. И на самом деле Кнорре применил технологию, которую искони использовали сибирские золотоискатели. В чем она заключается? Это технология так назы­вае­мого вымораживания шахт. Вы делаете во льду прорубь, чуть не доходя до воды, оставляя тоненький слой льда в качестве ее дна. Поскольку тоненький слой льда не может оставаться тонким, он тут же промораживается, но в глубь реки, и становится снова толстым. Вы снова делаете в нем прорубь, но опять — чуть не доходя до воды. И так далее и так далее, и в конечном счете у вас полу­чается ледяная шахта, ледяные стенки которой уходят до самого дна реки и препятствуют проникновению воды внутрь вашей шахты. Теперь необходимо было поставить на дно реки так называемый кессон. Кессон — это старая тех­но­логия, применяемая для строительства мостов начиная еще с XVIII века; соб­ственно, слово французское, технология французская, слово caisson пере­во­дит­ся как «ящик». По сути, это перевернутый ящик, который ставится на дно реки, в него закачивается сжатый воздух, этот воздух выталкивает из грунта воду, и уже сухой грунт можно вырабатывать и подавать на поверхность. Поти­хо­нечку кессон заглубляется в грунт, и в конечном счете он и становится фун­да­ментом для мостовой опоры. Таким образом, сочетание вымораживания шахт и технологии кессонов позволило Кнорре даже в зимнее время продол­жать строительство опор для моста.

Мост через Енисей в Красноярске длиной около километра и с огромными фер­мами с пролетами по 150 метров, конечно, впечатлял, но все-таки такие мосты более уместно строить где-нибудь за городом или на окраине тогдашних горо­дов, потому что в центре города огромные ферменные конструкции все-таки захламляют, а отнюдь не украшают панораму. Так вот, задачу строитель­ства железнодорожного моста в городских условиях блестяще решил в начале ХХ ве­ка в Москве уже знакомый нам инженер Лавр Проскуряков. В то время Москва стала крупнейшим железнодорожным узлом и торговым центром Рос­сии. Сюда сходились девять радиальных железных дорог, здесь было наибо­ль­шее количество предприятий. Поэтому возникла необходимость создать круго­вую дорогу, которая соединяла бы все эти радиальные и выполняла бы одно­временно промышленные, торговые, транспортные и военные задачи, потому что начиналось это строительство накануне Русско-японской войны и дорога требовалась для быстрой переброски войск. Эта дорога изначально называлась Московская окружная железная дорога. Сегодня она снова вошла в жизнь мос­кви­чей под названием Московское центральное кольцо. На тот момент Мос­ков­ская окружная железная дорога была, пожалуй, крупнейшей городской же­лезной дорогой в Европе. Общая протяженность — 54 километра, 72 моста, 30 путепроводов, из них четыре крупных моста через Москву-реку. Два из них — это мосты-близнецы Андреевский и Краснолужский  Изначально они назывались Сергиевский и Николаев­ский соответственно.. Когда-то они находились на въезде и на выезде в Хамовники.

Для двух мостов, которые были ближе всего к центру города, Лавр Проскуряков решил применить схему арочной фермы с ездой посередине. В таком случае мо­сты получались наиболее привычной для горожан арочной формы и при этом достаточно тонкими для того, чтобы не захламлять город­ские па­но­рамы. Что такое арочная ферма с ездой посередине? Арка известна с древ­ней­ших времен. Это конструкция в виде бруса, изогнутого по дуге. Ее особен­ность в том, что в ней не возникает изгиба, как в балке, а возникает только сжа­тие, направленное по ее щекам. Но, избавляясь от изгиба, мы полу­чаем дру­гую неблагоприятную нагрузку. Это так называемый горизонтальный рас­пор. Если даже взять любую, скажем, линейку и согнуть ее в дугу, то, конеч­но, эта линейка стремится изогнуться обратно. Так же ведет себя любая арка. И вот, устанавливая посредине затяжку, которая и является пролетным строе­нием, по которому едет поезд, мы отчасти решаем задачу горизонталь­ного рас­пора: само дорожное полотно выполняет роль стяжки, компенсирует гори­зон­тальный распор. Строились эти мосты достаточно просто, все-таки пролет их не слишком велик — примерно 170 метров, а Москва-река в те вре­мена, до строи­тельства Канала имени Москвы, была достаточно мелкой и не очень широкой. Поэтому просто-напросто через все русло были постро­ены деревян­ные леса нужного очертания, по которым выкладывались и скреп­лялись отде­ль­ные элементы прямо в проектном положении. Технология доста­точно стан­дартная, старинная, но, в общем, не мудрствуя лукаво, так как усло­вия позво­ляли, Проскуряков имел полное право ее применить.

Но, пожалуй, самая потрясающая операция, которая случилась с этими моста­ми, относится уже к концу ХХ столетия. Спустя 90 лет после своего строитель­ства мосты в значительной степени обветшали и не могли пропускать совре­мен­ные, более тяжелые составы. Поэтому решено было построить на их месте новые, более современные мосты. Но что делать со старыми? Можно было, ко­нечно, сдать их в утиль, как часто поступают в России, как поступили с тем же мостом через Енисей в Красноярске. Но, к счастью, тогда, в 1999 году, нашлась политическая воля, чтобы сохранить эти очень красивые старинные ажурные конструкции. Их решено было перенести на новое место и превратить в пеше­ходные мосты. Нагрузка на пешеходные мосты гораздо меньше, поэтому «ста­рички» могли продолжать служить москвичам. Андреевский мост был перене­сен первым — в 1999 году. Операция происходила следующим образом: под мост были заведены три баржи, которые сначала были слегка притоплены для того, чтобы их можно было завести под мост. Затем их стали дебалласти­ро­­вать, то есть откачивать из них воду. В соответствии с силой Архимеда они должны были всплыть и вытолкнуть мост. Идея была очень любопытная, но, к сожалению, она не сработала: слишком велик был горизонтальный распор, который притирал эти фермы к своим опорам. Поэтому пришлось немножко помочь домкратами, вытолкнуть эти фермы, и в конце концов они вместе с бар­жами поднялись. Затем к баржам приставили по два буксира, спереди и сзади каждой, и потащили на два километра вниз по течению на новое место. Передвижка заняла всего час и пятнадцать минут. Ну, конечно, в целом опера­ция длилась гораздо дольше, потому что только 16 часов потребовалось на то, чтобы ювелирно ввести эту арку в новые, уже железобетонные, опоры. Ну а в це­лом русло реки было закрыто на восемь дней, чтобы провести весь этот впечатляющий процесс. И сегодня этот мост называется Пушкинским, находится он между Пушкинской и Фрунзенской набережными — собственно, между парком Горького и Нескучным садом. Многие из зрителей, я думаю, по нему ходили. Еще более впечатляющая операция произведена была в сле­дую­щем году с Краснолужским мостом, который находился на выезде из Ха­мов­ников — вдоль Бережковской набережной. Там русло реки сужалось ближе к Киевскому вокзалу, поэтому ферму повернули на 90 градусов, протащили вдоль русла, да еще и вверх по течению на два километра, потом вновь развер­нули на 90 градусов и поставили там, где она находится сегодня, между Киев­ским вокзалом и Плющихой.

Находки, сделанные русскими инженерами на рубеже XIX–ХХ веков, оказались настолько прорывными, что не теряют своей актуальности и используются при строительстве сегодняшних мостов. Хотя авангард сегодняшнего русского мосто­строения скорее сместился в сторону мостов автомобильных. Но это уже совсем другая история.