Текст книги "100 великих чудес инженерной мысли"

Мост Мийо – мост-небоскреб

Небольшой старинный городок Мийо расположен на юге Франции, на берегу реки Тарн. Пролегающая через него автомагистраль служит кратчайшим путем между Парижем и Барселоной, и в течение всего летнего сезона главные улицы Мийо буквально забиты машинами, следующими на юг, к средиземноморским курортам. За городом дорога вступает в глубокую долину реки Тарн, и чтобы пересечь ее, водителям приходится совершать долгий объезд.

Необходимость «развязать» этот транспортный узел со всей очевидностью встала уже в конце 1980-х гг. Рассмотрев все возможные варианты, специалисты технического центра департамента транспортных и общественных работ в 1989 г. приняли решение построить автомагистраль, огибающую Мийо с востока. Однако при этом требовалось пересечь широкое и глубокое ущелье, по дну которого течет река Тарн. Но как это сделать? Построить мост? Однако далеко не всякий мост впишется в живописную панораму долины Тарна, а сохранение ландшафта – одна из главных задач современного гражданского строительства. А если построить туннель? Этот проект обойдется «в копеечку» и вдобавок создаст дополнительные проблемы, связанные с обеспечением безопасности движения…

Поиски оптимального решения велись на протяжении полутора лет. Были рассмотрены и отвергнуты пять вариантов постройки моста и один вариант туннеля. И тут кому-то пришла в голову счастливая мысль: а что если построить большой транспортный виадук? Тогда не понадобится спускаться в долину Тарна и строить мост через реку – виадук просто будет переброшен через ущелье! Ведь построили же подобным образом древние римляне свой знаменитый Пон-дю-Гар…

Итак, идея была найдена, но теперь требовалось воплотить ее в жизнь. После детальных исследований, предпринятых в 1993–1994 гг., был объявлен конкурс на лучший проект виадука, в котором приняли участие пять команд архитекторов и инженеров. В итоге победил проект английского архитектора Нормана Фостера, разработанный им в сотрудничестве с известным французским инженером Мишелем Вирложо, проектировавшим Нормандский мост в устье Сены – второй по протяженности вантовый мост в мире (1995 г.).

Фостер и Вирложо предложили проект многовантового виадука, состоящего из семи стройных высоких опор и очень легкого настила. Это воздушное, прозрачное сооружение как нельзя лучше вписывается в долину Тарна. Его изящный силуэт никоим образом не разрушает природную гармонию, а скорее, дополняет ее. Правда, реализация этого проекта ставила дополнительные задачи перед строителями: ведь им, ни много ни мало, предстояло построить самый высокий мост в мире, выше самой Эйфелевой башни!

Поддержанный двумя береговыми устоями и семью опорами, мост имеет протяженность 2460 м. Расстояние от земли до дорожного полотна составляет в самой высокой точке 270 метров, что уже само по себе является рекордом, а высота семи трапецеидальных опор-пилонов колеблется от 70 м (пилон № 1) до 343 м (пилон № 3). Таким образом наивысшая точка моста на 14 % выше Эйфелевой башни и почти равна высоте знаменитого чикагского небоскреба «Центр Джона Хэнкока» (без учета антенн). Это настоящий мост-небоскреб!

Бетонные пилоны держат систему из 154 стальных тросов-вантов, поддерживающих настил моста, по которому проложено полотно автомобильной дороги шириной 27,35 м, имеющее по две полосы в каждом направлении. Проектировщики долго решали, на каком типе настила остановиться: бетонном или стальном. В конце концов остановились на последнем варианте: он не только более легок и эстетичен (тяжеловесный бетонный настил имел бы толщину 4,6 м), но и более безопасен как во время строительства, так и в обслуживании.

Окончательный вариант проекта будущего моста был принят 9 июля 1996 г. Оставалось избрать главного подрядчика. Несколько компаний участвовали в соревновании за право постройки моста, однако департамент транспортных и общественных работ в итоге выбрал компанию «Эйффаж Групп», «корни» которой восходят к легендарному Гюставу Эйфелю, строителю Эйфелевой башни. Теперь наследники Эйфеля готовились побить рекорд своего отца-основателя.

Строительство моста началось 16 октября 2001 г. Проектировщики изначально заложили в свое детище большой запас прочности, позволяющий мосту противостоять самым экстремальным сейсмическим и метеорологическим нагрузкам. Мост строился сразу с двух противоположных сторон ущелья. Самые большие конструктивные проблемы создал монтаж стального настила, с общей массой 36 000 тонн. Для этого потребовалось возвести пять дополнительных временных опор. В их сооружении и в возведении семи основных опор моста принимали участие специалисты-гидравлики из испано-американской компании «Энерпак». Всего на постройку моста было затрачено 27 000 кубометров бетона и 36 000 тонн стали. Общий вес сооружения составляет 242 000 тонны. Ежедневно на строительстве трудилось до 400 инженеров и рабочих.

В мае 2004 г. обе части моста сомкнулись. В момент сведения двух последних пролетов строители разбили об них бутылку шампанского, отметив таким способом символический ввод моста в строй. Однако в течение еще шести месяцев велись работы, связанные с оборудованием дороги для автомобилей. Торжественное открытие моста для регулярного движения состоялось 14 декабря 2004 г.

Трехметровой высоты прозрачные экраны защищают следующие по мосту транспортные средства от бокового ветра. Полотно виадука имеет легкий наклон (3,035 % с севера на юг) и легкую кривую (с радиусом 20 000 м). Последнее сделано для того, чтобы внимание водителей, следующих через мост, не притуплялось.

Это сооружение стало настоящим сплавом инженерного искусства и архитектуры.

Бросок через Сен-Готард: от Чертова моста до самого длинного автомобильного туннеля в мире

Если первые мосты появились еще в незапамятные времена, в эпоху детства человечества, то «родословная» туннеля остается предметом споров. Известно, что в 2180 г. до н. э. вавилоняне построили туннель под Евфратом: воды реки были отведены, поперек русла была выкопана широкая траншея, в нее уложили кирпичную трубу и засыпали, после чего река вернулась на прежнее место. Древние греки и римляне строили туннели как часть водоводов, и некоторые из римских туннелей используются до сих пор.

В XVII–XVIII вв. туннели строились в Англии и Франции как часть системы речных каналов. А вот когда и где был построен первый в мире дорожный туннель, выяснить пока так и не удалось. Зато точно известно, какой автодорожный туннель является самым длинным в мире. Это – Сен-Готардский туннель в Швейцарии, проложенный под знаменитым Сен-Готардским перевалом.

История Сен-Готарда – это история сообщений между Севером и Югом Европы. Здесь пролегала дорога, соединявшая северные области Италии с долиной Рейна и Боденским озером. Путь через Сен-Готардский перевал, лежащий на высоте 2108 м над уровнем моря, хотя и трудный, был все же самой прямой и короткой дорогой, соединявшей Ломбардию с Южной Германией. Поэтому около 1200 г. местные жители начали активно приводить в порядок полотно старой дороги, а чтобы преодолеть главное препятствие – ущелье Шолленен, по дну которого протекала бурная река Рейсс – построили каменный арочный мост, получивший название Чертова.

Предание рассказывает, что строители моста долго не могли закончить свою работу: уж слишком трудной оказалась задача! И тогда на помощь им пришел черт. Он предложил им свои услуги при одном условии: душа того, кто первым пройдет по этому мосту, будет принадлежать ему. Люди согласились на условие черта. А когда мост был закончен, они первым пустили по нему… козла! Обманутый черт в гневе оторвал огромный кусок скалы и швырнул его в мост, но промахнулся – камень прочно завяз на краю обрыва, где и лежит до сего дня. С тех пор мост стал называться Чертовым.

С конца XVIII в. мост получил широкую известность и в России: в 1799 г. у Чертова моста произошел памятный бой армии А.В. Суворова, прорывавшейся в долину Рейна, с французами, засевшими на противоположной стороне ущелья Шолленен.

Несмотря на то, что дорога существовала уже несколько столетий, она по-прежнему представляла собой довольно узкую, извилистую горную тропу. Пользоваться ею было довольно затруднительно, а в зимние месяцы это и вовсе выглядело чистейшим безумием. Улучшение дороги через Сен-Готард стало одной из первых забот властей Швейцарии, на Венском конгрессе 1815 г. признанной самостоятельным государством и обретшей устойчивые границы. Дороги через перевалы должны были стать связующими нитями, объединяющими лежащие по обе стороны Альп кантоны.

В 1818–1826 гг. через Сен-Готардский перевал пролегла первая мощеная дорога. Дополнением к ней явилась Готардская железная дорога, построенная в 1872–1882 гг. С этого времени Сен-Готардский перевал превратился в важный транспортный узел континента.

По мере роста интенсивности движения дорога через перевал непрерывно улучшалась. В 1948 г. в качестве альтернативного пути через перевал был предложен путь через Сен-Готардский железнодорожный туннель: автомобили ставились на специальные рельсовые платформы, которые прицеплялись к идущему через туннель поезду. Такой способ транспортировки занимал всего 15 минут.

В 1974–1982 гг. через Сен-Готард пролегла современная автострада. Она прошла через множество специально построенных мостов, виадуков, туннелей. А главным ее элементом стал Сен-Готардский автомобильный туннель. Построенный в 1969–1980 гг., он до сегодняшнего дня сохраняет за собой звание самого длинного автомобильного туннеля в мире: его протяженность составляет 16 918 м.

Сен-Готардский туннель соединяет города Гёшенен (на севере) и Айроло (на юге). Сооружение состоит из главного ствола, где организовано двухполосное автомобильное движение, и идущего параллельно туннеля безопасности. Оба туннеля связаны друг с другом проходами, устроенными через каждые 250 метров. В главном туннеле через каждые 750 метров устроены площадки для аварийных остановок.

Туннель был открыт для движения 5 сентября 1980 г., после чего количество автомобилей, следующих по дороге через Сен-Готард, резко возросло. Увеличился поток тяжелогруженых грузовиков, следующих транзитом из Германии в Италию и обратно. При въезде в туннель нередко образуются пробки, а в сезон отпусков очередь автомобилей перед северным порталом вытягивается на несколько километров. С каждым годом проблема модернизации туннеля становится все острее. Существуют планы строительства второго транспортного ствола. Ведь Сен-Готардский туннель имеет важное транспортное значение не только для Швейцарии, но и для всей Европы…

Человек укрощает воду

Великий Китайский канал

Вода всегда играла огромную роль в жизни земледельческого Китая. При недостатке воды нельзя было обеспечить хороший урожай, поэтому с древних времен здесь развивалось искусственное орошение. С другой стороны, разливы китайских рек опустошали целые цветущие области. Особенно часто разливалась Хуанхэ («Желтая река»). Эта беспокойная река постоянно «блуждала» по равнине протяженностью в 600 километров с севера на юг, отыскивая себе новые выходы к морю. За 4000 лет произошло семь крупных перемещений ее русла и около 1600 прорывов дамб и опустошающих наводнений.

В начале I в. н. э. живший в Чанъани – тогдашней столице Китая – знаменитый инженер Чжан Жун разгадал причины наводнений в низовьях Желтой реки: он установил связь скорости течения с песчаными наносами. Чем быстрее течет вода, тем с большей силой поток размывает ложе реки, тем глубже оно становится, тем меньше опасность наводнений. Желтая река несет в себе огромное количество песка и ила. Люди, отводящие ее воды для орошения полей, замедляют течение реки; создаются песчаные наносы, речное ложе постепенно поднимается, и вода выходит из берегов. Поэтому Чжан Жун предложил отвести часть воды из Желтой реки – т. е. выдвинул идею регулирования речных вод. Руководствуясь этим принципом, многие поколения гидротехников с успехом строили заградительные дамбы и использовали энергию самой воды для вымывания песчаных наносов.

Самые большие строительные работы на Желтой реке были предприняты в III в. Они продолжались тридцать лет. За это время было построено более 1500 километров прибрежных насыпей, защищавших близлежащие земли от разливов.

Наряду с задачей обуздания рек, остро стояла проблема безопасности судоходства. Кроме того, великие реки Китая – Хуанхэ и Янцзы – текут с запада на восток, поэтому еще в давние времена возникла потребность проложить водный путь, который соединил бы север и юг страны. Так начато было строительство Великого Китайского канала. Более 2400 лет назад его первый участок соединил реки Янцзы и Хуайхэ, а затем многие поколения строителей довели водный путь от Хуайхэ до Желтой реки.

Первый в мире контурный (использующий рельеф местности) судоходный канал был построен в Китае в III в. до н. э. Автором этого уникального гидротехнического сооружения был инженер Ши Лу, построивший его по приказу императора Цинь Шихуанди. Строительство канала было вызвано необходимостью снабжения войск, переброшенных в 219 г. до н. э. на юг страны для покорения народа юэ.

С VI в. до н. э. велись работы по строительству Волшебного канала, соединившего север и юг Китая. Этот канал называли священным, его хранителем считался дракон. Волшебный канал, длина которого немногим более 32 км, необычен тем, что соединяет две реки, текущие в противоположных направлениях. Это дало возможность осуществлять круглогодичное судоходство по внутренним водным путям общей протяженностью в две тысячи километров (от 40 до 22 параллели).

В 70 г. китайцы приступили к строительству Великого канала, который был завершен лишь в XIII в. и включил в себя ряд более ранних каналов. Трудность сооружения канала заключалась в том, что река Сян, берущая начало в горах Хайян, течет на север, а река Ли – на юг. В районе маленькой деревушки Синань расстояние между этими реками, текущими здесь среди известняковых холмов, не превышает 5 км. Однако недостаточно было просто соединить их, требовалось иное. Канал можно было прорыть через седловину между холмами. Обе реки отличаются бурным течением, поэтому вдоль реки Сян пришлось соорудить для прохода судов обводной канал длиной 2,4 км с меньшим падением русла, чем у реки. Для обеспечения навигации воды реки Ли были направлены в другой канал протяженностью 22 км. Укротив таким образом обе реки, строители смогли наконец соединить их каналом длиной 5 км. Поперек реки Сян насыпали дамбу, разделившую русло на два потока – большой и малый, и отвели в сторону его большую часть. За насыпью устроили водосливы. В районе Синани через канал, глубина которого составляла 1 м, а ширина 4,5 м, перекинули несколько мостов. Благодаря системе водосливов и разделения потоков только треть воды реки Сян попадала в соединительный канал, и он не переполнялся.

В самом начале VII в. Великий канал был продолжен на юг до города Ханчжоу. В XIII в., когда Пекин стал столицей Китая, канал подвели к Пекину. Так Великий канал обрел свой нынешний вид. Он берет свое начало на севере в районе Пекина, тянется на юг до Ханчжоу, пересекая реки Хуанхэ, Хуайхэ и Янцзы, и опоясывает весь Восточный Китай. Считается, что протяженность канала составляет 1782 км (от Тунсяня до Ханчжоу), хотя по поводу этой цифры в разных источниках приводятся различные сведения. Глубина русла составляет 3–9 м, а ширина в отдельных местах – до 30 м.

Поскольку канал был проложен по горизонталям водораздела, падение русла было практически нулевым. К IX веку на нем было построено 18 шлюзов, и в Х – XI вв. число людей, необходимое для буксировки барж, сократилось. Канал продолжает действовать и в наши дни.

Римские акведуки

Ничто лучше не говорит о характере устройства древнеримских городов, как акведуки.

Необходимость снабжения огромного Рима водой заставляла создавать каналы, шлюзы, резервуары для регулировки воды, длинные акведуки. Эта традиция вскоре распространилась по всей Римской империи. Везде, будь то в Галлии или во Фракии, каждый римский город обязательно обеспечивался водой в нужном количестве не только для питья, но и для терм (бань), как общественных, так и частных. Вода бралась из колодцев, но большей частью доставлялась из горных источников водопроводами. Там, где на дороге встречались овраги, ущелья или склоны холмов, сооружались каменные арочные акведуки. Эти чисто утилитарные постройки римлян свидетельствуют о высоком уровне их мастерства и достижениях инженерной мысли.

Первый акведук появился в Риме еще в IV в. до н. э., а к III в. н. э., когда население города превысило миллион человек, Рим снабжало водой уже 11 огромных акведуков.

В I в. н. э. в Риме был воздвигнут грандиозный и прекрасный в своем величии акведук императора Клавдия. Старый акведук Марция, обходивший возвышенности и овраги, имел длину 90 км. Акведук Клавдия, достигавший высоты 27 м, благодаря многим мостам и тоннелям был короче на 30 км. Акведук пересекал сближающиеся около Рима и идущие у городской стены почти рядом Лабиканскую и Пренестинскую дороги. В этом месте под акведуком были сооружены огромные двухпролетные ворота, называемые Порта Маджоре. Сложенные из грубых блоков травертина, они производят впечатление особенной мощности.

Замечательным инженерным и в то же время художественным памятником II в. н. э. является знаменитый акведук через реку Гар на юге Франции, носящий современное название Пон-дю-Гар – Гарский мост.

Гарский акведук был построен для снабжения водой города Ним (Немаус) – одного из центров богатой и процветающей римской провинции Галлии. Это величественное и гармоничное сооружение является единственной сохранившейся частью протянувшегося на 50 км Нимского акведука. В Ним вода бежала с возвышенности по водопроводным трубам протяженностью до 30 км. Препятствием для прокладки труб водопровода явилась река Гар. Через нее, в 22 километрах от Нима, и был построен мост в виде трехъярусной аркады высотой 49 м.

Это замечательное инженерное сооружение было создано в конце I в. до н. э. Замысел его строительства связывают с именем римского полководца Марка Агриппы – зятя и ближайшего помощника императора Октавиана Августа.

Длина моста составляет 275 м. Он состоит из трех арочных ярусов. Первый ярус состоит из шести арок, пролеты которых имеют ширину от 16 до 24 м. Центральная арка, соединяющая берега реки, имеет пролет в 24,4 м. Над первым ярусом расположен второй, насчитывающий 11 арок такого же размера. Третий, верхний ярус, несущий водоводную трубу, состоит из 35 значительно меньших (4,6 м) арок.

Гарский мост – идеальный образец кладки из тесаного камня. Особую сложность для строителей представляла кладка арок. Особенностью сооружения является то, что тщательно подогнанные каменные блоки, подобно многим лучшим римским постройкам, были уложены без известкового раствора. На 8-й арке второго яруса начертано имя «Вераний». Возможно, так звали архитектора, строителя моста.

Выстроенный из золотистого камня мост Пон-дю-Гар – прекрасное создание человеческой мысли, объединившей инженерный расчет и требования эстетического вкуса. До сих пор Гарский мост используется как переправа через реку.

В Испании, в городе Сеговия, сохранился акведук, достигающий высоты 30 м. Это одно из самых грандиозных сооружений римской эпохи. Сложенный из насухо уложенных блоков гранита, он производит неотразимое впечатление. Точная дата постройки акведука неизвестна, вероятнее всего, это конец I – 1-я пол. II в. н. э., времена правления императоров Веспасиана и Траяна. По акведуку в Сеговию поступает вода из реки Риофрио, и его протяженность составляет 17 км. Огромный 728-метровой длины, пролет, опирающийся на 119 арок, переброшен над предместьями старого города. Другой пролет, 276-метровой длины и высотой 28,9 м, поддерживаемый двумя рядами аркад, пересекает городской центр. Первоначально вода из акведука поступала в большую цистерну, носившую название Касерон, а уже оттуда распределялась по системам городского водопровода.

В XI столетии акведук был частично разрушен маврами, но в XV в. восстановлен. До сих пор это сооружение римской эпохи снабжает водой кварталы Сеговии.

В Северной Африке акведук длиной в 23 км, ведущий в город Цезарею, имел в отдельных участках аркатурные мосты в три яруса. В нумидийский город Мактар вода бежала за 9 км, а в Карфаген – за 80 км. Обильное снабжение городов водой позволило строить обширные общественные термы с большими бассейнами не только для купания, но и для плавания, а на площадях устраивать великолепные фонтаны, украшенные статуями.