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

«Успех операции, – писал Кларк, – зависел в основном от точного попадания на сваю. Это зависело от работы кабестана со стороны Лланвайра, но его трос запутался, сорвал кабестан с платформы, сбил с ног людей и сбросил их в воду. Возникла опасность, что трубу понесет в море и разобьет о скалы. Сохраняя присутствие духа, руководитель работ призвал зрителей на помощь. Он выдал другой трос. Зрители – мужчины, женщины и дети – схватили толстый канат и с его помощью удерживали трубу на месте, пока ее не удалось успешно опустить на сваю. Затем ее развернули и установили в нужном месте. Когда начался отлив, оба конца трубы были установлены». На всю операцию ушло полтора часа. На следующее утро строители обнаружили Роберта Стефенсона сидящим на платформе прямо над трубой. Он болтал ногами и курил сигару. О том, что делали на следующее утро египетские строители и Доменико Фонтана, история умалчивает.

Все это было зрелищно и достойно внимания, но это оказался не единственный инженерный прорыв при строительстве моста «Британия». Крупные объекты и раньше транспортировались по воде на большие расстояния в тяжелых условиях. Римляне доставляли обелиски через Средиземное море. Русским удалось переместить гранитный блок весом 1500 тонн и размером 42 на 21 на 17 футов на расстояние 5 миль на цилиндрических валах к берегам Невы и переправить его по воде, чтобы он послужил постаментом для статуи Петра Великого в Санкт-Петербурге. Более существенным достижением Стефенсона был подъем четырех центральных труб в нужное положение на башнях, на 100 футов над водой. Это он выполнил с помощью двух гидравлических прессов (рис. 8.19), запатентованных Джозефом Брама (1748–1814) в 1795 году по принципу, установленному Паскалем на основе ранних работ Стевина по гидростатике.

Каждая из центральных труб имела длину 472 фута и весила 1400 длинных тонн, или более 3 миллионов фунтов. Чтобы поднять их, Стефенсон установил гидравлические прессы в верхней части башен, по одному в каждой, на огромных балках, перекрывающих щель. Цепи, свисавшие с прессов вниз до самых труб, были из стержней с проушинами из кованого железа. Каждый стержень имел толщину 1 дюйм, ширину 7 дюймов, длину 6 футов. Он был сделан целиком из одного куска железа. Никакие сварки не уменьшали его прочность. Поскольку длина стержня была такой же, как высота подъема пресса, крепление с каждым циклом переходило к следующему стержню с проушиной. Один подъем мог занимать целый день – таковы были условия в те времена. Гидравлическое давление в прессах обеспечивали паровые насосы мощностью 40 лошадиных сил каждый.

При каждом таком продолжительном подъеме Стефенсон поднимал более 3 миллионов фунтов на высоту 6 футов. У Доменико Фонтаны было 75 лошадей и 907 человек на 40 кабестанах для подъема 350 тонн, и он сумел поднять обелиск не более чем на 2 или 3 дюйма за операцию. Контраст не может не удивлять и является показателем скорости инженерного развития за 263 года, разделявшие этих двух человек. И лишь одно не изменилось. У Фонтаны и Стефенсона была одна общая черта. Оба были инженерами, наделенными воображением, и в высшей степени осторожными людьми. Фонтана предвидел, что металлическая лента вокруг обелиска может порваться, и, когда это произошло, был готов. Стефенсон держал леса под трубой, так чтобы она не оставалась без поддержки, и категорически настаивал на том, чтобы щель сразу же закладывалась каменной кладкой. Когда один из прессов сломался и дно его цилиндра, весящее несколько тонн, упало, пролетев 70 или 80 футов, на трубу, оно разрушило деревянный кожух и погнуло пластины, но сама труба упала только на 8 или 9 дюймов на прочную каменную кладку, а не на дно пролива. И коллегам Стефенсона оставалось только поблагодарить Бога за то, что он наделил строителей таким несгибаемым упрямством.

Рис. 8.19. Пресс, который поднимал фермы моста «Британия»

Не обошлось и без потерь. Один рабочий забирался по веревочной лестнице с трубы к прессу и оказался прямо на пути падающего цилиндра. Была еще длительная задержка с 17 августа до 1 октября, когда наконец установили новый цилиндр. Но к 13 октября первая труба заняла свое место. Вторая труба была доставлена по воде 4 декабря, и ее подъем завершился 7 января. Первый пробег по одному пути совершили 3 локомотива 5 марта. Позднее мост был испытан тяжелым составом с углем из 27 вагонов, суммарным весом 248 тонн. При этом наблюдался прогиб менее чем в 1 дюйм. 18 марта 1850 года движение по первому железнодорожному пути моста «Британия» было открыто. К 19 октября закончилась постройка второго пути.

До 1850 года при создании котлов и в судостроении использовались клепочные соединения. «Британия» и мост меньшего размера, «Конуэй», который строился на той же железнодорожной линии в то же время, были первыми мостами трубчатой конструкции. Фейрберн изобрел паровую заклепочную машину, чтобы обойтись без изготовителей котлов, которые бастовали в Манчестере. Используя такую машину, два рабочих и мальчик-помощник могли за час поставить столько заклепок, сколько три рабочих и мальчик за 12 часов, работая по старой технологии. Мальчик-помощник в обоих случаях выполнял важнейшую функцию – он был приставлен к топкам. Машина использовалась на мосту «Конуэй», когда это было целесообразно и когда она не была сломана, предположительно «рабочими, которые были против ее применения». В ней был поршень диаметром 48 дюймов с 9-дюймовым поршнем под давлением 40 фунтов. Таким образом, давление на заклепку составляло 32 тонны. Между тем заклепки на «Британии» ставились вручную. Для выполнения операции требовались двое рабочих с 7-фунтовыми молотами, еще один рабочий, удерживающий заклепку с тяжелым молотом на длинной рукоятке, и два мальчика. Как писал Кларк, заклепки часто приходилось перемещать на значительные расстояния к месту выполнения работ. Их перебрасывали с помощью клещей. Зрители с удовольствием наблюдали за безошибочной точностью, с которой мальчики всего лишь одиннадцати или двенадцати лет от роду отправляли их в полет к месту назначения. А когда работы велись ночью, постоянное мелькание в темном небе этих раскаленных докрасна метеоров являло собой захватывающее зрелище.

При строительстве моста «Британия» Роберт Стефенсон применил еще три интересных инженерных решения. После подъема трубы были продлены сквозь башни и соединены заклепками. В центральной башне такие вставки имели длину 32 фута. Это дало каждому пути две непрерывные трубчатые балки длиной более 1500 футов. Эти балки добавили жесткость и несущую способность всему мосту. Крыши более длинных труб имели высоту на 7 футов больше в центре, чем на концах. Более низкой поверхности была придана выпуклость в 9 или 10 дюймов, чтобы учесть провисание и сохранить ровность пола. Стефенсон также предвидел влияние перепада температур на трубы. Чтобы предусмотреть расширение и сжатие, он установил их на чугунные ролики с обоих концов, в то время как центр был зафиксирован. Перепад температур в 76 градусов по Фаренгейту должен был дать изменение длины на 9 дюймов на всем протяжении. Поэтому был предусмотрен безопасный допуск – 12 дюймов.