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

Когда строительство тоннелей Макаду – Гудзонского и Манхэттенского – близилось к завершению, начал оформляться план прокладки тоннеля под Гудзоном в районе 32-й улицы. Пенсильванские тоннели располагаются примерно в 1½ мили к северу от северной части тоннелей Макаду. Они имеют немного больший диаметр, и чугунная обкладка усилена слоем бетона толщиной по крайней мере 2 фута. Дно Гудзона здесь, по сути, не отличается от того, что южнее. Это глубокий слой илистых отложений, и коренная порода под ним на разных, но весьма значительных глубинах. В одном месте каменная порода была в 300 футах ниже уровня воды. Не приходилось сомневаться, что тоннели в мягком иле не выдержат нагрузки от тяжелых локомотивов и вагонов, хотя существенного оседания в Гудзонском и Манхэттенском тоннелях не было. Правда, там ходили только легкие поезда. Сначала было предложено решить проблему с помощью забивки свай до более твердого грунта. В конце концов, после долгих исследований их сочли ненужными. Вместо этого укрепили крышу и обратный свод стальными стержнями, а бетонную облицовку сделали толще. В результате вес тоннеля, фут за футом, включая максимальную нагрузку от поезда, сравнялся с весом вытесненного ила. Тоннель, в сущности, превратился в плавучий цилиндр, подвешенный на концах.

В районе Таппа-Зи, в 22 милях к северу от Пенсильванских тоннелей, дно Гудзона все еще представляло собой слой ила – местами до глубины 300 футов. Здесь в 1952–1955 годах был построен мост длиной около 3 миль, главный пролет которого – консольный – имел длину 2400 футов. Опоры этого пролета поддерживались восемью огромными полуплавучими закрытыми кессонами, или коробами армированного бетона, опирающимися на стальные сваи, уходящие вглубь до коренной породы.

Мы намеренно ограничили наш рассказ о подводных тоннелях только двумя городами, Лондоном и Нью-Йорком, и не упоминали о современных крупных проектах. Хотя довольно интересными представляются длинные железнодорожные тоннели под рекам Северн и Мерси в Англии, тоннель под рекой Сен-Клэр между Мичиганом и Канадой и многие другие. В целом можно сказать, что подводные тоннели – относительно современное творение, начало которому было положено в XIX веке, в то время как горные тоннели уходят корнями в далекую Античность, и их развитие отлично иллюстрирует эволюцию инженерной мысли.

Хотя эта глава является последней в настоящей книге, посвященной инженерному искусству в истории, но это вовсе не означает, что в развитии инженерии поставлена точка. На самом деле, учитывая ускоренное развитие инженерии в последние столетия, представляется, что в середине XX века общество находится только на начальных этапах прогресса инженерии, который кардинально меняет человеческую жизнь. Новые источники механической энергии, новые первичные двигатели и автоматический контроль в ближайшее время приведут к трансформации деятельности человека.

Как показано в предыдущих главах, в истории технического прогресса существует упорядоченная последовательность. Ее блестяще проанализировал Эббот Пейсон Ашер. Между тем скорость инженерного прогресса не всегда была одинаковой. Развитие инженерного искусства пошло намного быстрее после сближения инженерии и науки, которое имело место в середине XIX века. Нет и не может быть никаких сомнений в том, что развитие источников энергии, помимо мускульной силы человека, имело всеобъемлющее влияние на западную цивилизацию и ускорило прогресс инженерии.

Замена мускульных усилий человека механическими приспособлениями началось в Средние века с изобретения водяных колес, ветряных мельниц, хомута и парусного вооружения судов. С тех пор механическая энергия позволила увеличить благосостояние людей, избавив их от тяжелого ручного труда. Они больше не должны были грести, тянуть плуг, сани или телегу, поднимать воду. С изобретением парового двигателя в XVIII веке, а также турбин, двигателей внутреннего сгорания, электрических генераторов и моторов в XIX веке применение энергии для выполнения тяжелых работ еще более ускорилось. Средняя энергия, которую человек может затратить при ручном труде за день, по оценкам экспертов, составляет 35 ватт ( 1/ 20лошадиной силы). Если он будет работать по 8 часов в сутки 240 дней в году, это составит 67 киловатт-часов в год. Согласно данным Edison Electric Institute, рабочий в Соединенных Штатах, занятый в промышленности, в 1954 году использовал 17 314 киловатт-часов электроэнергии (рис. 15.1). Электричество обеспечивает примерно 95 процентов энергии для промышленности. Иными словами, каждый работник, занятый в процессе производства, контролирует количество энергии, эквивалентное мускульным усилиям 244 человек. Среднестатистическая семья в Соединенных Штатах в 1954 году использовала 2549 киловатт-часов электроэнергии (рис. 15.2). Иными словами, каждая семья использует количество энергии, эквивалентное мускульным усилиям 33 человек, для помощи в домашнем хозяйстве. Каждый водитель автомобиля мощностью 100 лошадиных сил имеет под контролем механические усилия более 2000 рабов, чтобы проехать по дороге.

Машинист локомотива и пилот самолета контролируют впечатляющее количество энергии. Под контролем машиниста локомотива, как правило, двигатель мощностью 5000 лошадиных сил. При экономичной скорости пилот пассажирского турбореактивного самолета имеет в своем распоряжении 35 000 или больше лошадиных сил – эквивалент мускульных усилий 700 000 человек. Оператор крупной электростанции движением пальцев управляет грандиозными мощностями – более 1 миллиона лошадиных сил. Это больше, чем мускульные усилия всего населения штата Коннектикут.

Рис. 15.1. Киловатт-часы на одного промышленного рабочего в год в США

Самый крупный источник энергии, доступный большинству американцев, – автомобильный двигатель мощностью 100 лошадиных сил. Домашняя хозяйка в США управляет в своем доме самыми разными электроприборами, каждый из которых производит работу, эквивалентную усилиям нескольких человеческих существ. Хотя многие авторы утверждают, что все эти многочисленные электроприборы решили проблему домашнего труда, мы считаем, что проблема еще не решена. Тем не менее, как заявляет Филипп Ле Корбейлер, «…механическая энергия изменила статус женщины в обществе. Электроприбор действует благодаря нажатию кнопки или повороту выключателя, и выполняет это действие хрупкая женщина без физической силы и опыта. Причем она может пользоваться этим прибором более квалифицированно, чем здоровяк с горой мускулов, но нехваткой мозгов. Это означает экономическую независимость, возможность отделиться от семейной ячейки, если женщина хочет. Мы уже говорили, что быстрая транспортировка породила социальную текучесть. Женщина может переехать в другой город и начать строить там новую жизнь, которую она по тем или иным причинам не сумела построить на старом месте. У нее меняется психология, повышается самооценка. Об этом можно говорить бесконечно».