КРУШЕНИЕ ТЭЙСКОГО МОСТА

  Профессор Н.БЕРНШТЕЙН
Когда номер печатался (1966 г. - прим. автора сайта), умер автор этой статьи, крупный советский ученый, член-корреспондент Академии медицинских наук СССР, лауреат Государственной премии, профессор Николай Александрович Бернштейн, известный далеко за пределами нашей Родины своими трудами по физиологии движений. Николай Александрович с большой душевной щедростью делился своими знаниями, тратил много сил на популяризацию науки. Энциклопедически образованный человек, Н. А. Бернштейн известен нашим читателям как автор статей о почерке, о миражах, об Эйфелевой башне и много других заметок по истории техники. Увлеченный биографиями инженерных сооружений, он написал и эту статью.

  Одна из самых страшных железнодорожных катастроф с многочисленными жертвами произошла зимой 1879 года - рухнул мост через устье реки Тэй (Шотландия). История этой катастрофы полна такого драматизма и столь ярко рисует бесчеловечные условия, царящие еще и поныне в капиталистическом мире, что заслуживает рассказа.
  Исследователи крушений больших инженерных сооружений подразделяют вызвавшие их причины на три группы: непреодолимые стихийные силы (ураганы, землетрясения и т. п.), технические ошибки, допущенные по недостатку знаний (например, о нормах ветрового давления, законах продольного изгиба стержней и д.р.), и, наконец, грубые дефекты постройки, вызванные гонкой за удешевлением, спешкой, недобросовестностью поставщиков и строителей и действиями, стоящими уже на грани уголовщины.
  Анализ обстоятельств гибели Тайского моста показывает, как целый клубок всех этих причин привел к подлинной драме, разыгравшейся в результате действия волчьих законов капиталистического мира.

  ooo

Общий вид старого Тэйского моста (до катастрофы)

  Река Тэй, как и протекающие южнее ее реки Форс и Эмбер, образует перед своим впадением в Немецкое море эстуарий - воронкообразное широкое устье, далеко вдающееся в глубь суши. Это, в сущности, настоящая морская бухта, с высокими приливами и отливами, создававшая неодолимое препятствие для железнодорожной связи с Северной Шотландией и вынуждавшая либо пользоваться паромной переправой, либо совершать многокилометровые объезды. Поэтому уже в начале второй половины XIX века стала созревать мысль о сооружении через Тэйский эстуарий железнодорожного моста. Образовалась инициативная группа в составе правления Северо-Британской железной дороги и ряда промышленников, поверивших в прибыльность задуманного предприятия. Произведенное разведочное бурение дна позволило выбрать наилучшую трассу будущего моста. Правда, пришлось отступить на пару километров от наиболее узкого места бухты, но обнаружилось, что зато в самой глубокой средней части русла - надежный скальный грунт. Был подготовлен эскизный проект однопутного моста длиной в 3 600 метров с ориентировочной стоимостью сооружения в 150 тысяч фунтов стерлингов.

  И начались парламентские "мытарства". Не будем задерживаться на перипетиях этой борьбы. Скажем только, что проект дважды терпел поражение в палате общин и снова переделывался. Дело затянулось на 15 лет. Только третье рассмотрение, уже в 1870 году, привело наконец к получению правительственной концессии. К этому времени эскизный проект успел превратиться в детальный. Сооружение получалось поистине грандиозное.

  Мост имел по проекту в плане вид математического знака интеграла. У южного берега он начинался короткой кривой, придающей основной части моста направление с юга на север. Вначале шли 6 пролетов по 20 метров и 22 пролета по 36 метров из прямых ферм с параллельными поясами и ездой поверху. За ними следовали 16 главных пролетов длиною по 61 метру, каждый тоже в виде неразрезных ферм с параллельными поясами. Чтобы могли проходить суда, транспорт по этим пролетам двигался понизу, как по своего рода туннелю с решетчатыми стенками. Полотно рельсового пути пролегало по требованию судовладельцев на высоте 26,2 метра над средним уровнем воды.
  За этой почти километровой главной частью моста следовали опять малые пролеты с ездой поверху: 16 пролетов длиной по 36 метров и 35 - по 22 метра и меньше. Затем мост загибался широкой дугой на 90° к востоку, длиною около полукилометра. Дальше начинался прямой железнодорожный путь до самого города Данди.

Судоходные пролеты Тэйского моста.

  На производство строительных работ были проведены торги. Наименьшую цену назначила та самая фирма, которая провела в свое время разведочные буровые работы. Однако калькуляция стоимости, произведенная и этой фирмой, на 100 тысяч фунтов превышала первоначальную наметку. А такого капитала в распоряжении компании не было. Пришлось срочно изыскивать пути к удешевлению работ.
  Крупную экономию обещало дать изобретение, сделанное одним из соавторов проекта. По проекту предполагалось всю подводную часть устоев выполнить с помощью кессонных работ из кирпича с наружной бетонировкой; надводную же часть (высотой 26 метров) соорудить также из облицованного кирпича. Изобретатель предложил довести каменную часть устоев только до высоты одного метра над уровнем приливной воды, а затем на таких каменных основаниях воздвигнуть опоры из литых чугунных труб диаметром 0,38-0,46 метра. Расположить эти трубы в плане намечалось шестиугольником под малыми и восьмиугольником - под главными, большими фермами, где требовалась высота устоев на 6-7 метров большая в связи с переходом в этой части моста на езду понизу. Трубчатые колонны составлялись каждая из 5-7 частей и связывались между собой поперечинами и раскосами. Эти элементы первоначально предполагалось делать из уголкового железа, но потом ради удешевления удовлетворились полосовым. Полосы крепились к трубам колонны одним болтом на каждом конце. Чтобы скостить с цены как можно больше, отверстия в трубах не сверлились, а создавались в нужных местах в процессе отливки.
  Все эти новшества, вместе взятые, обещали дать экономию до 70 тысяч фунтов стерлингов.

  Строительство началось в 1870 году и подвигалось удовлетворительно, если не считать довольно многочисленных рекламаций по качеству груб, которые нередко приходилось возвращать производителю то из-за обнаружившихся раковин, то из-за несоблюдения толщины стенок. По каждому такому случаю возникала скучная и долгая переписка. В начале 1876 года обнаружилась неожиданная беда, едва не сорвавшая все предприятие.
  Когда дело подошло к погружению кессонов для главных опор, то проверочный зондаж обнаружил, что никакой скалы под слоем песка и гальки нет. Дно обеих сторон средней части русла крутым обрывом переходило в глубокую впадину, и вести работы с помощью кессонов оказалось невозможным. Стало ясно, что те, кто проводил разведочное предварительное бурение, приняли за скальный грунт слой спекшегося песка и гальки с глиноземом толщиною в несколько метров. А под этим слоем опять оказался песок-плывун на неизвестно какую, но, во всяком случае, недосягаемую для строителей глубину.
  Положение казалось безвыходным. Фирма, виновная в этой ошибке, сама была производителем работ. После случившегося она отказалась продолжать строительство и, уплатив неустойку, "вышла из игры". Пришлось обратиться к фирме, занявшей второе место на торге, и снова ломать голову над еще одной неизбежной перепроектировкой среднего участка моста длиной около километра. Кроме того, стало очевидным, что, помимо неизбежного удорожания, работу не удастся закончить в срок.

Опора моста

  О проектном давлении на грунт в 6 килограммов на квадратный сантиметр, принятом в расчете на скальное основание, для обнаруженного грунта нечего было и думать. Решили удовлетвориться опиранием кессонов на окаменелую смесь-конгломерат и не пробиваться глубже. А вместо намечавшейся для каждого устоя пары кессонов диаметром по 10 метров и площадью сечения по 160 квадратных метров погружать по одному кессону с опорной площадью в 760 квадратных метров. Это позволило понизить давление на опору до допускаемой величины: 3,2 килограмма на квадратный сантиметр. Чтобы уменьшить число подорожавших из-за этого срединных опор, решено было вместо запроектированных пролетов длиной 61 метр каждый строить 76-метровые пролеты и, невзирая на увеличение тяжести, ложившейся теперь на каждую из опорных башен (200 тонн вместо 180}, делать их не из восьми колонн, а из шести. Попутно всплыла еще одна совсем уж неожиданная трудность. В "коридорах" меж холмистых берегов, по которым протекают реки Шотландии, зимою свирепствуют сильные западные ветры. Между тем в годы, когда проектировался и строился Тэйский мост, в отношении определения норм ветрового давления царила еще полная неясность и разноголосица. Неизвестны были также скорости и силы напора ветров, дующих вдоль Тэйской бухты. Авторы проекта моста приняли для расчетов величину ветрового давления в 47 килограммов на квадратный метр. А когда строительство было уже в разгаре, стало известно, что в Германии сооружения рассчитывают на ветровую нагрузку в 135 килограммов на квадратный метр, во Франции - в 200-260, а в США - 235-245 килограммов на квадратный метр. Значит, цифра, взятая строителями Тайского моста "с потолка", по сравнению с этими нормами оказалась заниженной в 3-5 раз, даже если не учитывать специфику шотландских ветровых "коридоров".

План размещения опорных колонн.

  Что было делать? Уширять основания, чтобы придать колоннам башен необходимый наклон и боковой распор? Об этом не приходилось и помышлять, так как оно повело бы к непомерному удорожанию постройки. А начальство строительства и капиталисты-акционеры, в руках которых были деньги, требовали, напротив, удешевления всеми возможными способами, и их нажим временами становился очень тяжелым. Решили ограничиться вот чем: изменить конфигурацию многоугольников в плане - слегка вытянуть их и, следовательно, придать колоннам у концов продольной диагонали многоугольников в плане - слегка вытянуть их и, следовательно, придать колоннам у концов продольной диагонали многоугольника хотя бы небольшой наклон внутрь. А далее... положиться на судьбу и на надежду, что цифры французов и американцев скорее всего тоже взяты "с потолка".

  Фирма, взявшаяся за производство работ, не раз заставила инженеров, наблюдавших за стройкой, горько пожалеть о происшедшей замене. Добросовестность новой фирмы-подрядчика была намного ниже той, к которой успели привыкнуть строители. Рекламации и возвраты негодных отливок учащались; а между тем убытки, связанные с омертвлением средств, вложенных в предприятие, давили на строителей с каждым месяцем все сильнее. Компания требовала, чтобы строительство моста во что бы то ни стало завершилось к концу 1877 года. Теперь уже и инженеры, наблюдавшие за постройкой, все больше теряли почву под ногами. Им почти в форме прямых указаний свыше рекомендовалось смотреть сквозь пальцы на дефекты и брак, с которыми они так энергично боролись в первые годы строительства. Они уже не смели замечать ни перекосов отверстий в трубах, появившихся в результате небрежной, торопливой отливки, ни того, что производители работ самовольно стали заменять болтовые крепления раскосных полос к трубам простыми клиньями.

  К концу 1877 года стройка действительно была окончена. Поздней осенью по мосту был пропущен первый паровоз. Еще несколько месяцев ушло на последние доделки, "туалет и гримировку". В феврале 1878 года состоялся официальный осмотр и испытание моста, произведенные, по-видимому, наспех. Наконец 30 мая 1878 года последовало торжественное открытие движения в присутствии высочайших особ. Мост был сдан в эксплуатацию. Единственной оговоркой со стороны сдававших постройку было категорическое предписание: не превышать при движении по мосту скорости 25 миль (40 километров) в час.

  ooo

Одна из обрушившихся ферм моста.

  ...Вечером 28 декабря 1879 года в окрестностях Тэйской бухты разразился сильнейший шторм, какого, как принято говорить, не помнили и старожилы (кажется, единственная закрепленная традицией специальность старожилов - систематически ничего не запоминать). Скорость ветра достигала 40 метров в секунду.
  Очередной пассажирский поезд, шедший с юга на север, из-за непогоды опаздывал. На подходе к сторожевой будке, у входа на мост, машинист, как всегда, замедлил ход, чтобы выхватить из руки дежурного сторожа путевой жезл. А затем, стремясь по возможности наверстать опоздание, стал наращивать скорость. Малые фермы с ездой поверху он миновал благополучно. Когда же поезд на полном ходу влетел в решетчатый "туннель" срединных больших пролетов, порыв урагана, до этого свободно проникавшего сквозь ажурные переплеты ферм, сорвал поезд с рельсов и ударил его о решетку фермы... Все тринадцать пролетов один за другим вместе с поездом, оказавшимся внутри них, как в клетке, сдунуло в реку. С ними рухнули и трубчатые башни, несшие на себе эти пролеты.

  Никто не видел, как произошла катастрофа. Ни один человек из находившихся в поезде не смог спастись. Некому было рассказать, как все случилось.
  Прибывшая на другой день водолазная бригада смогла только установить, что фермы вместе с находившимся внутри пролетов почти не поврежденным поездным составом лежат на дне, на глубине 8 метров.

Устой обрушившегося пролета.

  Катастрофа произвела ошеломляющее впечатление на британскую общественность. Немедленно назначили правительственную комиссию для расследования обстоятельств и причин крушения. Комиссия работала в течение двух месяцев. Она произвела детальный технический осмотр рухнувшего сооружения и опрос более 60 свидетелей - в основном участников строительных работ. Выводы комиссии были достаточно единодушны; расхождения касались только вопроса о преимущественных виновниках совершившегося.

  Опрос показал, что уже задолго до катастрофы наблюдались какие-то шатания и колебания моста при проходе по нему поезда. Эти шатания были настолько ощутимы, что ряд лиц, которым по роду занятий приходилось часто пересекать Тэйскую бухту, обеспокоенные этим, стали предпочитать переправляться на пароходе. Маляры, производившие окраску моста, показали, что им приходилось привязывать горшки с краской, чтобы при проходе поезда их не стряхнуло в реку.

Такой вид имели устои моста после катастрофы.

  Целый ряд конструктивных неполадок обнаружился в первые же месяцы эксплуатации. Инженер-инспектор моста через 4 месяца после открытия движения заметил, что поперечные связи между трубами башенных устоев ослабли. И таких ослабленных мест он обнаружил около сотни. В трех колоннах он заметил вертикальные трещины, одна из которых - в устое большого пролета - достигала двух метров в длину. Инспектор ограничился тем, что велел наложить на треснувшие колонны железные бандажи.
  Маляры, ремонтные рабочие и другие лица видели в ряде пролетов отвисшие и даже отвалившиеся связи. В последние месяцы перед катастрофой путевые сторожа подбирали за неделю до двух десятков вывалившихся клиньев, а кто знает, сколько их за это же время утонуло в воде. На естественный вопрос следователей, почему же обо всех этих тяжелых неполадках не докладывалось высшему начальству, путевой сторож - ветеран строительства дал характерный ответ: "Давно уж я набирался смелости, но ведь здесь мой кусок хлеба на старость. А что было бы, если бы такой маленький человек, как я, посмел доложить главному генералу, что мост, который он построил, разваливается?"
  Грустную картину дало и техническое освидетельствование обломков крушения. Трубы для башенных устоев отливались из плохого чугуна. Толщина их стенок вместо требовавшихся 2,5 сантиметра оказалась (на изломах) колеблющейся от 3,6 до 0,9 сантиметра. Часто попадались крупные раковины, залепленные и закрашенные для маскировки. Особенно большие дефекты, видно, пытались заделать, но приваренные куски слабо держались.

  И, наконец, вопрос ветровой нагрузки. Мог ли мост этой конструкции, в предположении полной добросовестности и качественности его выполнения, сопротивляться давлению ураганных ветров, один из которых в конце концов и разрушил его?
  Автор исследования о крушениях инженерных сооружений, инженер Ф. Д. Дмитриев, дает такой анализ случившегося. При скорости ветра 40 метров в секунду давление ветра должно было составлять 188 килограммов на квадратный метр, тогда как проектировщики исходили из величины в четыре раза меньшей. Действию ветра в каждом из больших пролетов подвергались следующие площади: опорной башни - 73 квадратных метра, ферм - 320 квадратных метров и поезда (приходившаяся на один пролет) - 110 квадратных метров. Если, исходя из этих значений, рассчитать значение опрокидывающего момента и тех ресурсов, которыми располагал мост в виде ничтожного наклона водорезных колонн и их закрепления в каменной кладке основании, то окажется, что даже давления в 115 килограммов на квадратный метр было бы уже достаточно, чтобы опрокинуть мост. А крепление колонн - анкеровка - было к тому же крайне ненадежным: болты проходили только сквозь два верхних ряда каменной кладки, и оба эти ряда действительно были сорваны с мест, увлекаемые обломками рухнувших колонн.

  ooo

  К концу 80-х годов на месте погибшего моста (остатки которого были полностью разобраны) высился новый двухпутный, а потому и более широкий, более устойчивый мост. Он был уже рассчитан по всем правилам инженерного дела и по данным опыта, приобретенного дорогой ценой. Новый мост выдержал проверку временем.

Новый двухпутный Тэйский мост, сооруженный вместо разрушенного.

  Источник: Н.Бернштейн "Крушение Тэйского моста", журнал "Наука и Жизнь", 2-1966.