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

Несколько лет рассматривался план, многим казавшийся дерзким и даже безрассудным, обеспечения повысившегося спроса из источников в горах Кэтскилл, находящихся в 70–90 милях к северу и в нескольких милях к западу от Гудзона. После масштабных предварительных исследовательских работ, проведенных группой видных инженеров, включая сравнение с другими возможными вариантами, проект наконец обрел форму. Строительство началось в 1907 году и продолжалось до 1937 года. В это время в строительстве было занято ежедневно около 17 000 рабочих. Стоимость намного превысила 250 миллионов долларов. Кэтскиллская система водоснабжения началась как проект обеспечения города Нью-Йорк водой из относительно чистого Эсопус-Крик, притока Гудзона. Здесь, в 14 милях к западу от Кингстона и в 80 аэромилях от Нью-Йорка, была возведена дамба Олив-Бридж, эпохальная конструкция высотой 252 фута, построенная в основном из бетона с заделанными в него большими каменными глыбами (циклопическая кладка) и облицованная бетонными блоками. Так образовалось Ашо-канское водохранилище. Оттуда Кэтскиллский акведук протянулся в южном направлении через округа Ольстер и Орандж к точке, находящейся примерно на полпути между Ньюбургом и Уэст-Пойнтом. Затем он поворачивает на восток, у горы Сторм-Кинг опускается вертикально вниз к точке, расположенной на 1500 футов ниже гидравлического уклона, или линии естественного потока, и проходит на 1100 футов ниже Гудзона в 14-футовом цилиндрическом тоннеле, проложенном в коренной породе. На восточном берегу он поднимается вертикально, снова идет по линии естественного потока, за исключением нескольких обратных сифонов, и доходит до водохранилища Кенсико, что в 3 милях от Белых равнин – Уайт-Плейнс. В этом водохранилище содержится примерно месячный запас воды для города.

На расстоянии 15 миль от водохранилища Кенсико находится водохранилище Хиллвью. На его 98-мильном протяжении среднее понижение Кэтскиллского акведука составляет примерно 2,2 фута на милю. Он приносит воду в водохранилище Хиллвью на возвышении 295 футов над уровнем моря (в сравнении с возвышением старого водохранилища Мюррей-Хилл – 115 футов). Функция водохранилища Хиллвью – устранить разницу между постоянным потоком в акведуке и неравномерным в течение дня потреблением воды в городе. Два глубоких распределительных тоннеля общей длиной 38 миль доставляют воду из водохранилища Хиллвью в несколько районов города. Эти тоннели были пробурены в твердой породе на глубине 750 футов ниже уровня земли или 500 футов ниже уровня моря и облицованы бетоном. Один из тоннелей следует вдоль острова Манхэттен, другой, расположенный восточнее, снабжает водой Квинс и Бруклин. Тоннели встречаются в Бруклине и оттуда по чугунным и стальным водоводам, проложенным под проливом Нэрроуз, доставляют воду, текущую под действием силы тяжести, к конечной точке, водохранилищу Силвер-Лейк на Статен-Айленд в Ричмонде, на возвышении 228 футов над уровнем моря.

Две черты Кэтскиллского акведука представляют особенный инженерный интерес. Одна находится глубоко под землей, другая – на открытом воздухе, и ее могут увидеть все желающие. Подземная черта – это напорный тоннель длиной 3000 футов под Гудзоном. При пересечении реки необходимо было изучить характер дна на несколько сотен футов вниз, поскольку надежный напорный тоннель нельзя пробурить через ледниковые отложения или трещиноватую породу. Двадцать четыре вертикальных отверстия было пробурено с барж на реке, но они дали только неубедительные свидетельства состояния дна. Тогда были использованы керновые алмазные буры, два с каждой стороны, для бурения четырех отверстий под разными углами. Эти скважины достигли центра реки на глубине 900 и 1450 футов под уровнем моря соответственно. Только тогда инженеры получили полную информацию, позволившую им спроектировать горизонтальный тоннель на глубине 1100 футов под рекой. Он имеет круглое поперечное сечение, диаметр 14 футов и отделан обычным бетоном – не железобетоном, средней толщиной 17 дюймов. Давление воды на стены составляет более 600 фунтов на квадратный дюйм.

Вторая черта касается чистоты воды. В Кэтскиллском акведуке вода течет под воздействием силы тяжести и поступает в большинство районов города. Она берет начало в малонаселенных районах, где почти нет известняка, и потому является такой удивительно чистой, что не нуждается в фильтрации. Однако она фильтруется, хлорируется и аэрируется при выходе из Ашоканского водохранилища и еще раз – при выходе из водохранилища Кенсико. В каждой из этих точек вода из 1599 выходных отверстий аэратора подбрасывается высоко в воздух, создавая облако водяной пыли – эффектное зрелище. Аэрация высвобождает любые газы в воде, имеющие запах, и насыщает ее кислородом.

Древние римские акведуки, описанные в главе 4, имели простое прямоугольное поперечное сечение. Акведук Кэтскилл по большей части имеет форму подковы с немного вогнутым полом и арочную крышу – все выполнено из бетона без армирования. Такое экономичное поперечное сечение использовалось там, где акведук следовал вдоль гидравлического уклона и располагался или близко к поверхности земли, или в тоннеле – всего около 69 миль. Ни одна часть этого акведука не поднята на высокие арки, как Старый Кротон при пересечении долины реки Гарлем.

Рис. 13.4. Поперечные сечения римских и нью-йоркских акведуков

В Кэтскиллском акведуке использованы обратные сифоны почти при всех пересечениях рек. Говоря в общем, там, где акведук следует под поверхностью земли, скажем, 55 миль, это прославленная версия обоих кротонских акведуков. Там, где акведук опускается вертикально на сотни футов вглубь земли, переносит воду по глубоким напорным тоннелям или обратным сифонам, Кэтскиллский акведук является расширенной версией Гарлемского сифона, самой «дерзкой» части Нового Кротона. В поперечном сечении Кэтскиллский акведук (рис. 13.4) примерно наполовину больше Нового Кротона и в пять раз больше Старого Кротона. По Старому Кротону может пройти высокий человек, не сгибаясь, а по Новому Кротону – проехать небольшой автомобиль. Что касается Кэтскиллского акведука, в него вполне поместится поезд. Пропускная способность Старого Кротона составляла 90 миллионов галлонов в день, Нового Кротона – 340 миллионов галлонов, Кэтскилла – более 600 миллионов.

Выше Ашоканского водохранилища к Кэтскиллскому акведуку в 1926 году было пристроено 34-мильное ответвление в северо-западном направлении, чтобы брать воду из Шохари-Крик. Этот ручей течет на север в реку Мохок. Основная черта этого ответвления – 18-мильный Шандакенский тоннель, большая часть которого проходит по гидравлическому уклону. Это первый пример в истории, когда вода переносилась через водораздел между двумя реками, текущими в разных направлениях.