Мосты и тоннели

Наиболее широкий размах техника устройства переходов на железнодорожном транспорте получила во второй половине XIX - начале XX в.

Первый железнодорожный мост решетчатой системы из железа р. России был построен в 1857 г. по проекту профессора С. В. Кербедза через р. Лугу на Петербурго-Варшавской линии. Он состоял из двух пролетов по 55,3 м, перекрытых неразрезными фермами.

В 60-х годах по проекту инженера А. Е. Струве построены железнодорожные металлические мосты через реки Москву, Оку и Днепр у Киева. Окский мост у Коломны на Московско-Рязанской железной дороге был первым в России совмещенным мостом: на уровне верхних поясов шли поезда, на нижних поясах гужевой транспорт и пешеходы.

В 1869 г. на Николаевской железной дороге сгорели три (из девяти) деревянные фермы Мстинского моста. Восстановление их было трудным делом, так как по условиям ледохода невозможно было устраивать кустовые подмости. Руководитель работ Д. И. Журавский спроектировал подмости в виде подкосных ферм веерной системы с противовесными малыми веерами без промежуточных опор (рис. 3). Спустя 15 лет это весьма ценное предложение было использовано английскими инженерами при постройке Аттокского моста через р. Инд. Это единственно правильное решение англичане приняли, исходя из необходимости оставить свободным русло реки, избежать нарушения подмостями речного режима. Журнал "Железнодорожное дело" писал по этому поводу "Если бы вместо англичан работами по устройству подмостей Аттокского моста руководили инженеры другой нации, то, вероятно они, воспльзовавшись чужой системой, сочли бы нравственной обязанностью об этом заявить, тем более что имя инженера Д. И Журавского хорошо известно за границею, но сыны Альбиона, весьма чуткие к своей славе, нисколько не заботятся о других, а в особенности о русских" [34, с. 250].

3. Подмости системы Д. И. Журавского

Значительный интерес представляет постройка моста Московско-Нижегородской линии через р. Клязьму у г. Коврова вместо разрушенного в 1867 г. паводковыми водами. Новый мост был построен на вспрямленном русле "в самой середине разлива в 750 саж. от прежнего поврежденного моста, одним из главных недостатков которого было то, что он находился на краю разлива" [35].

Большой вклад в развитие мостового дела в конце 60-х и начале 70-х годов внесли ученые Петербургского института инженеров путей сообщения Э. М. Зубов, автор первого русского учебника по металлическим мостам (1868), и Ф. И. Эрнольд, создавший в 1876 г. фундаментальный труд по проектированию и строительству мостов. В 70-х годах общепризнанным главой русской школы мостостроения стал профессор того же института Н. А. Белелюбский, которому принадлежит ведущая роль в создании наиболее целесообразного типа металлических пролетных строений в России. Первая работа ученого посвящена замене деревянных мостов Петербурго-Московской железной дороги металлическими, причем перестройка 120 мостов велась без перерыва движения поездов.

В последующие годы Н. А. Белелюбский составил свыше 100 проектов больших мостов на 31 железной дороге, а также ряда замечательных городских мостов. Общая длина мостов, построенных по проектам Белелюбского, превышает 17 км. Особенно велики его заслуги в создании типов стальных мостов, пролеты которых он довел до 158,4 м. В своих проектах Белелюбский применял двухраскосные, трехраскосные, многораскосные и ромбические конструкции, простую треугольную, с дополнительными стройками и подвесками и т. п. Он положил начало типизации металлических мостов и установил хорошо знакомые в настоящее время пролеты железнодорожных мостов 55, 66, 76,8, 87,6, 98,4 и 109,2 м.

Благодаря трудам Д. И. Журавского и Н. А. Белелюбского в 1875 г. впервые введены технические условия на постройку мостов, установившие единообразные нормы допускаемых напряжений, или, по терминологии того времени, "коэффициенты прочного сопротивления" для металлических пролетных строений и нормы временной нагрузки железнодорожных мостов. В последующие годы эти нормы пересматривались в связи с ростом вертикальной нагрузки и совершенствованием техники мостостроения.

4. Сызранский мост через р. Волгу

К концу XIX в. количество железнодорожных металлических мостов исчислялось уже сотнями, причем многие из них были уникальными; например, мост через р. Волгу у Сызрани (рис. 4), открытый для движения в 1880 г., состоял из 13 пролетов по 106,5 м каждый (Сызранский мост в то время превосходил по своей длине самый длинный в Западной Европе Мердейский мост (Голландия)). В докладе министра путей сообщения о Сызранском мосте говорилось: "Сооружение это может служить блестящим выражением настоящего состояния инженерной науки в России" [36]. При проектировании этого моста Н. А. Белелюбский сформулировал идею расчета отверстий мостов исходя из условия равенства средней скорости в главном русле водостока до и после сооружения мостового перехода. Этим положением, известным под названием "постулат Белелюбского", до настоящего времени пользуются при расчете отверстий мостов. Многие мосты Н. А. Белелюбского, например мост через Волгу на Петербурго-Московской железной дороге, имели шарнирное сопряжение поперечных балок проезжей части с главными фермами. Важной заслугой Н. А. Белелюбского является применение для железнодорожных мостов литого железа вместо сварочного. В связи с этим многие иностранные государства обращались к нему с просьбой сообщить данные "о добытых результатах употребления" литого железа в мостостроении [37].

Белелюбский Николай Аполлонович (1845-1922) Глава русской школы мостостроения. Ему принадлежит ведущая роль в создании и внедрении наиболее целесообразного типа металлических пролетных строений. По его проектам построено более 100 больших мостов общей длиной 17 км, среди них крупнейшие в Европе мосты через Волгу у Сызрани и Симбирска. Удостоен высшей награды (приз 'Гран При') на Всемирной выставке в Париже в 1900 г. Работы первой в России механической лаборатории по испытанию материалов, руководимой Белелюбским, заслужили мировое признание. Под его руководством в начале XX в. были разработаны первые в России нормы и технические условия для железобетонных работ. Профессор Петербургского института инженеров путей сообщения, почетный доктор инженерных наук Германии, почетный член Общества гражданских инженеров Франции, почетный член Британского бетонного института и т. д.

Позднее по проекту Н. А. Белелюбского на Сибирской железной дороге был воздвигнут консольный мост через Обь, верхнее строение которого состояло из трех двухконсольных и четырех свободных ферм. Длина консолей составляла 15 м. В дальнейшем эта система была применена для мостов Юго-Восточной, Архангельской и других железных дорог.

Важный вклад в мостостроение внес видный инженер путей сообщения Л. Д. Проскуряков. Имя его как конструктора мостов широко известно. По проекту ученого в 1888 г. был построен первый в России консольный мост через р. Сулу на Ромны-Кременчугской железной дороге. Здесь были применены береговые консоли, которые сопрягались с насыпью с помощью небольших подвесных балочек.

Проскуряков Лавр Дмитриевич (1859-1926) Крупный ученый в области мостостроения и металлических конструкций. Развил теорию о наивыгоднейшем очертании сквозных металлических ферм и ввел в нашей стране современную треугольную решетку ферм. Спроектировал большое количество мостов, экономичных и легких, с фермами нового типа (мосты через реки Нарву, Западный Буг, Волхов, Оку, Амур, Енисей и др.). За проект Енисейского моста (1896), непревзойденного по легкости конструкции, был удостоен золотой медали на Всемирной выставке в Париже в 1900 г. С 1896 г. профессор Московского инженерного училища (ныне Московский институт инженеров железнодорожного транспорта)

В 1899 г. был построен железнодорожный мост через Енисей в Красноярске. Автор проекта Л. Д. Проскуряков первый ввел в России фермы с большой высотой, со статически определимой решеткой и большими панелями. Спроектированный им мост с фермами этой системы являлся наиболее удачным решением задачи перекрытия больших пролетов (144,5 м). Енисейский мост по величине пролетов занял первое место в России и второе в Европе. Это было крупнейшее "среди сооружений европейского инженерного искусства" [38]. Модель моста, экспонированная на Всемирной парижской выставке в 1900 г., была удостоена золотой медали.

Важный вклад в теорию и практику мостостроения внесли Ф. С. Ясинский, создавший классические труды по теории устойчивости сжатых элементов мостовых ферм, и Л, Ф. Николаи - автор основного учебника по курсу мостов, по которому учились многие поколения студентов Института инженеров путей сообщения. Профессор Николаи был одним из руководителей мостовой комиссии инженерного совета министерства путей сообщения, сыгравшей важную роль в изучении сложных вопросов, касающихся мостов и искусственных сооружений.

Николаи Леопольд Федорович (1844-1908) Профессор Петербургского института инженеров путей сообщения, внесший крупный вклад в развитие отечественной школы мостостроения и строительной механики. Опубликовал около 30 научных работ по расчету отверстий искусственных сооружений, решетчатых и безраскосных ферм, по определению абсолютного изгибающего момента в балках, напряжений в круглой трубе, подверженной сплющиванию, по определению давления земли, заключенной между двумя подпорными стенами, и др. Автор классических учебников по курсу мостов.

К концу XIX в. русское мостостроение получило широкое признание. Профессор Н. Б. Богуславский писал в 1901 г: "Мостовое искусство в настоящее время поставлено у нас на должной высоте, в чем легко убедиться знакомясь с проектами железнодорожных мостов иностранных государств" [39].

В период 1900-1917 гг. построено 26 мостов с пролетами свыше 100 м и 7 мостов длиной более 1000 м. Лишь через Волгу и ее притоки было сооружено 7 больших мостов, из них Симбирский (ныне Ульяновский) с пролетами до 158,4 м и общей длиной 2600 м был самым длинным металлическим мостом в России.

Построенный в 1916 г. по проекту Л. Д. Проскурякова крупнейший мост через р. Амур у г. Хабаровска по длине превышал Симбирский. Спроектированная Г. П. Передернем железобетонная эстакада у западного конца моста до сих пор стоит без деформаций и повреждений, несмотря на суровые климатические условия.

До начала XX в. пролетные строения мостов были металлические, а опоры каменные.

Уже в начальный период развития железобетона в нашей стране из этого материала был выполнен ряд заслуживающих внимания конструкций и сооружений разных назначений; в 1885-1887 гг. на Московско-Рязанской железной дороге построен трубопровод длиной около 0,5 км, шириной 0,7 м, в 1896 г. - пешеходный арочный мост пролетом в 45 м на Нижегородской ярмарке.

В конце 1898 г. после принятия инженерным советом решения о применении железобетона на железных и шоссейных дорогах началось строительство железобетонных мостов, труб, путепроводов, резервуаров и др. О масштабах этого строительства можно судить, например, по тому, что на одной только железнодорожной линии Витебск - Жлобин в 1901 -1902 гг. было построено 27 железобетонных мостов и путепроводов общим протяжением 412 м. В 1902 г. на ст. Екатеринодар Владикавказской железной дороги при строительстве водонапорной башни с баком емкостью 243 м ³ железобетон был применен для кожуха вокруг бака и купольного покрытия диаметром 10 м.

В изучении железобетона и развитии отечественной цементной промышленности большая заслуга принадлежит профессору Н. А. Белелюбскому. В 1908 г. были утверждены первые технические условия на железобетонные сооружения, разработанные под его руководством. В 1912 г. вышел в свет учебник профессора Г. П. Передерия "Курс железобетонных мостов". В 1915 г. были составлены типовые проекты железобетонных балочных мостов отверстием 2,4, 6,8 и 10 м для железных дорог нормальной колеи.

Первые железные дороги в России строились на равнинной местности, поэтому и не возникало вопроса о постройке тоннелей. В 1862 г. впервые в нашей стране были построены на Петербурго-Варшавской железной дороге два тоннеля - Панарский, длиной 427 м, и Ковенский, длиной 1280 м. Строителем тоннелей был инженер путей сообщения Г. Ф. Перрот [39]. В дальнейшем, при строительстве железных дорог в Крыму, на Кавказе, в Донбассе и на Урале, тоннелестроение стало быстро развиваться. Так, на Лозово-Севастопольской линии было построено шесть тоннелей, на Новороссийской ветви - два тоннеля, прорезывающих отроги Главного Кавказского хребта. На Закавказской железной дороге в 1890 г. был открыт Сурамский тоннель через водораздел между бассейнами Риона и Куры, начальником строительства которого был инженер Ф. Д. Рыдзевский. Сооружение тоннеля началось в 1886 г. Наибольшая суточная прокладка достигала 10,6 м.

В 90-х годах лишь на одной Тифлис-Карской железной дороге было построено 13 тоннелей общим протяжением 2633 м. Наиболее интересным в техническом отношении является Джаджурский тоннель длиной 1705 м, прорезающий Бамбакский хребет Малого Кавказа (водораздел рек Куры и Аракса).

Период 1900-1917 гг. явился временем наиболее интенсивного строительства железнодорожных тоннелей в нашей стране. Лишь на одной Кругобайкальской железной дороге пройдено 39 тоннелей. Самый большой из них - Половинный имеет длину 778 м.

Длина Хингаского тоннеля через водораздел рек Енисея и Амура на Китайско-Восточной железной дороге 3073 м.

Много тоннелей построено на линии Армавир - Туапсе, из них самый большой - Гойтхский протяжением 1397 м, а на подходах к нему находятся три спиральных тоннеля общей длиной 1,5 тыс. м. Особый интерес представляет тоннель у ст. Облучье Амурской железной дороги, пройденный целиком в вечномерзлых грунтах. Это был первый в мире тоннель подобного рода. В его сооружении принимали участие инженеры А. В. Ливеровский и А. Н. Пассек.

Всего в дореволюционной России построено около 100 железнодорожных тоннелей, среди них 12 тоннелей длиной свыше 1 тыс. м.