Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Когда электромоторы для трамвайных линий начали успешно работать, стало очевидно, что их можно применять не только для одного вагона, но и для состава из вагонов. Для того чтобы дать возможность управлять составом одному машинисту, находящемуся в головном конце, Спрейг разработал специальный прибор. В многоэлементной системе аккумуляторная батарея соединяется с главным контроллером в головном вагоне посредством пучков проводов, протянутых вдоль поезда. Когда контроллер приводится в действие, выполненная на нем операция дублируется по всему поезду, заставляя все вагоны функционировать как единое целое. Это устройство обеспечило функционирование длинных электропоездов, причем каждый вагон контролировал машинист, сидящий в головном вагоне. Бостонская электрифицированная надземная дорога заработала в 1901 году. В том же году были электрифицированы все надземные линии Нью-Йорка – всего 117 миль. Их демонтаж начался в 1938 году. Улицы Манхэттена больше не загромождали уродливые столбы, поставленные с промежутком в несколько футов.

Во второй половине XIX века в Лондоне стали разрабатывать проект подземной скоростной железной дороги. В первую очередь, существовала необходимость сократить время в пути между железнодорожными вокзалами этого быстро разрастающегося мегаполиса и обеспечить быстрый проезд с этих станций в деловую часть города. Лондон с его узкими, извилистыми улочками был первым в мире, где попытались решить подобную проблему, соорудив железную дорогу под землей. Строительство лондонского метрополитена началось в 1860 году. Причем тоннели в основном прокладывались открытым способом путем сооружения выемок и перекрытий. В процессе строительства пришлось решать беспрецедентное количество инженерных проблем, связанных с подземными газами и водами, канализацией, укреплением зданий, заменой уличных мостовых и т. д. Боковые стены и большая часть арочных перекрытий тоннелей были кирпичными. Первые линии метро впоследствии были продолжены и в 1884 году образовали овал размером 2 на 5 миль. Всего 12 станций были соединены друг с другом. Строительство велось в увязке с существующими магистральными железными дорогами. Довольно долго в метрополитене использовались паровые локомотивы, создавая весьма непростые атмосферные условия. Под землей в основном применяли локомотивы того же типа, что и на наземных железных дорогах. Они были надежными, но шумными и грязными. Лондонский метрополитен электрифицировали в 1905 году.

Примеру Лондона последовал Париж, где подземку начали планировать еще в 1871 году, но по разным причинам к строительству приступили только в 1898 году, накануне выставки 1900 года. Первая линия парижского метро была похожа на лондонское метро: неглубокие выемки, постепенно покрываемые крышами. Там, где британцы строили кирпичные арки, парижане использовали железные или стальные балки и бетон, тем самым демонстрируя прогресс в строительстве.

Большая часть современного лондонского метрополитена отличается от его первых станций и линий. Это цилиндрические тоннели, проложенные на большой глубине щитовым способом. Начало им было положено маленьким Тауэрским тоннелем 1869 года (рис. 14.10), который вел к электрифицированной дороге Сити и Южного Лондона, открытой в 1890 году и использовавшей третий рельс для распределения энергии (рис. 14.11). Железная дорога Сити и Южного Лондона считается прародительницей лондонских «двухпенсовых труб» Центральной лондонской железной дороги 1900 года. Такой тип тоннелей свойствен именно для Лондона. Под городом располагается толстый слой густой голубой глины, что делает прокладку тоннелей и использование роторных экскаваторов относительно простым. Ускорение строительства было возможно при глубинах ниже водных, газовых и канализационных труб, телефонных каналов, силовых сетей и т. д., и тоннели в основном располагаются на глубинах от 50 до 80 футов. В районе Пикадилли они проложены на глубине 100 футов, а возвышенность Хэмпстед-Хит сделала необходимой глубину около 200 футов. Одновременно с прокладкой подземных железных дорог шло быстрое совершенствование насосного и вентиляционного оборудования, подъемников, эскалаторов, освещения, а также приборов для сигнализации и управления.

Пока на первых линиях лондонского метро еще ходили паровые локомотивы – а дороги Сити и Южного Лондона уже были электрифицированы, – более современную подземку построили в Будапеште. Эта линия длиной 2½ мили, построенная в конце 1896 года, имела целью разгрузить одну из центральных городских улиц, проспект Андраши. Метро в Будапеште строили открытым способом, крышу укладывали на стальные балки. Вагоны конструировали специально для подземки. У них на крышах были токосъемники, напряжение – 300 вольт. Будапештская подземка стала моделью для первой американской подземки – в Бостоне, которая была введена в эксплуатацию в 1898 году.

Метро Нью-Йорка начали строить в 1900 году. Первая очередь протяженностью 21 миля, включая 5 миль надземной железной дороги, была введена в эксплуатацию четырьмя годами позже. Первоначальный проект предполагал сооружение четырех линий железнодорожных путей длиной 5 миль и почти 5-мильный тоннель с двумя линиями. На южном конце станция сооружалась у здания городской администрации, рядом с Бруклинским мостом. Две линии шли на восток и запад Бронкса, в основном надземные. Если не считать того, что приходилось вести работы в скальных породах, строители нью-йоркского метро почти не встретили трудностей, которые уже не были преодолены в Лондоне и Будапеште. Открытые выемки не были глубокими. В отдельных местах метро проходило всего лишь в 17 футах под уличными тротуарами. В перенаселенном южном районе, как и в Лондоне, бесконечно возникали проблемы с канализационными коллекторами, трубами, кабелями и т. д. Нелегкой была прокладка тоннеля под рекой Гарлем. В метро Нью-Йорка, как и во всех других скоростных железнодорожных системах, с самого начала использовался третий рельс и постоянный ток напряжением 600 вольт.

Перевозки по воде всегда имели большое значение для Соединенных Штатов, которые только благодаря им и существуют. Ведь если не считать 340 000 индейцев и немногочисленных иммигрантов, прибывших в страну по воздуху после 1945 года, 160 миллионов американцев прибыли в Соединенные Штаты на тех или иных морских судах или являются потомками тех, кто прибыл в страну морем. Важность морского торгового судоходства также чрезвычайно велика. Морские суда перевозят немалую часть предметов мировой международной торговли.

Единственными парусными судами, которые могли успешно конкурировать с ранними пароходами, были американские клиперы 1840—1850-х годов. Они были длиннее и, соответственно, уже, чем пакетботы и другие парусные суда того времени, имели прямое парусное вооружение и были построены для скорости и грузоподъемности. Их увеличенная длина составила новые проблемы в судостроении, впоследствии повлиявшие на дизайн пароходов. Отношение длины к ширине у клиперов было 5:1, 6:1 и даже 7:1. Такие суда имеют тенденцию выгибаться на гребне волны или провисать в промежутке между волнами. Другим проблемным элементом являлись мачты с большим количеством парусов. Все это следовало учесть при проектировании корпусов. Клиперы грузоподъемностью 1000 тонн и больше строили и успешно эксплуатировали в 1840-х годах. Некоторые из них достигали грузоподъемности 3000 тонн. Длина отдельных клиперов превышала 300 футов, то есть составляла половину длины такого парохода, как Great Western 1838 года. Железные несущие конструкции, поддерживавшие деревянную обшивку, начали использоваться в 1851 году. Первые корпуса пароходов имели те же пропорции, что клиперы, и только с появлением «океанских борзых» 1880-х годов, первых быстроходных океанских судов, пропорции изменились.