РЕЛСИ И МОСТОВЕ: Тръбните мостове на Робърт Стивънсън

Тръбните мостове на Робърт Стивънсън
ЧАСТ ПЪРВА

МОСТЪТ "БРИТАНИЯ"

Във Великобритания през първата половина на 19-ти век индустриализацията и техническата революция създават необходимост от бързи транспортни връзки. Освен за превоз на товари и хора, железниците са имали огромно значение за развитието на пощенските услуги. Това наложило изграждането на съществуващата и днес North Wales Coast Line (наричана още North Wales Main Line) - железопътна линия между Крю (Crewe) и Хоулихед (Holyhead). Линията е част от маршрута на т. нар. „Ирландската поща“, която преди построяването на линията е пътувала с конски впрягове, а след построяването ѝ, е била транспортирана с влак до (и от) Хоулихед, от където с кораб е отпътувала до (и от) Ирландия.

Жп линията по северното крайбражие на Уелс (North Wales Coast Line)

Локомотив от онова време

В Крю, жп линията се свързвала с изгражданите от Grand Junction Railway (GJR) жп линии – Лондонската жп линия (London Railway) и Северозападната жп линия (North Western Railway). Ежедневните транспорти на писма и пощенски пратки, са била обслужвани от най-бързите по-онова време влакове, които са първите пътуващи на такова голямо разстояние. Стремежът да се съкрати времепътуването е довел дори до изобретяване и монтиране през 1860 г. в Мходре (село на запад от залива Колуин/ Colwyn Bay), по средата на пътуването между Крю и Хоулихед, на система от водни кранове, имащи за цел пълненето на вода в парните локомотиви, по време на движение на влаковете.

При строителството на линията обаче трябвало да бъдат пресечени две големи водни препятствия – река Конуи (Conwy) и пролива Мѐнай (Menay).

Висящият мост на Томас Телфорд над пролива Менай от 1826 г.

Още в проучвателния етап, преди 1840 година, се обсъждат различни вариани на трасето и различни премостващи системи. Основен проблем бил изискването на Адмиралтейството, всеки мост да позволява свободно преминаване под него на военни кораби с височина 100 фута (30 метра). По тази причина възниква проблем - преодоляване на такова голямо разстояние с достатъчно голям мостови отвор и на достатъчна височина. Обсъждането на възможности за строителство на мост с такива големи отвори, давало предимство на изграждането на висящ мост, каквито конструкции вече са били създавани, но за пътни мостове. Такъв бил изграденият през 1826 година мост над пролива, само на 1,6 км от мястото, където трябвало да бъде изграден жп моста. Дори авторът на проекта на пътния мост над пролива Мѐнай, Томас Телфорд (1777 - 1834) представил свой проект за железопътен мост, като системата на моста била „висящ“ мост.

Първият железен железопътен мост, мостът над река Гоунлес, проектиран от Р. Стивънсън и построен през 1823 година с три отвора, като година по-късно добавя нов, четвърти отвор.

Железопътния пионер Джордж Стивънсън бил поканен да коментира направените предложения за премостване на пролива. Стивънсън изказал своите опасения относно използването на висящата система като неподходяща за железопътни мостове. Той дал свои предложения относно изграждането на жп линията и съоръженията. Били взети становища и от други видни железопътни специалисти във Великобритания. До 1840 г. финансовата комисия на проекта приема в общи линии предложенията на Стивънсън, за типа на моста над пролива. През 1845 г. синът на Джордж Стивънсън - Робърт е назначен за главен инженер на проекта. Това назначение не е случайно. Синът е завършил инженерство, работил дълги години трупайки собствен опит, а е черпил и от опита на баща си. Негов е проектът наречен "Първия железен железопътен мост", мостът над река Гоунлес (Gaunless river) на железопътната линия Стоктън - Дарлингтън (Stockton – Darlington), изграден през 1824 година.

Чертеж на един от стълбовете на моста на Р. Стивънсън с фрагмент от правоъгълните тръби, през които са преминавали влаковете.

Робърт Стивънсън възнамерявал да прекоси пролива на високо ниво, с четири отворен мост, включващ два основни отвора, с дължина от по 140 метра (458 фута), и два допълнителни отвора с дължина 70 метра (230 фута). Общата дължина на моста, включително опорите е 461 метра (1511 фута). Мостът стъпва на два зидани каменни устоя и три зидани каменни стълба. Връхната му конструкция е от два броя правоъгълни тръби от ковано желязо с нитовани елементи. Влакът е трябвало ва се движи в желязната тръба като в тунел. Мостът е позволявал едновременното преминаване на два броя влакове.

До този момент най-дългото премоствано разстояние с греди от ковано желязо е било 9.60 метра, което е почти 15 пъти по-малък отвор. Стивънсън смята, че тръбната конструкция би дала структура, която е достатъчно твърда, за да поддържа тежкото натоварване.

Стивънсън привлича за изготвянето на проекта и Уилям Феърбеърн и Итън Ходжгинсън. Феърбеърн проектира кутиеобразното сечение на моста, а Ходжгинсън е консултант на проекта.

Сегмент от тръбата на моста на Стивънсън

Преди да започне строителството на моста Британия, Феърбеърн провел „най-известния от всички инженерни експерименти в голям мащаб", включващ серия от експерименти "с гигантски характер". Произведен е шест пъти умален мащабен модел, дълъг 78 фута и тестван с нарастващи натоварвания. По този начин, макар и с с висока цена за експериментите (шест хиляди паунда), проектът на клетъчната греда се усъвършенства и повишава носимоспособността на товарите 2,4 пъти повече първоначалния капацитет. Най-съществената констатация е, чувствителността на тънката стена към огъване при натоварвания на натиск и устойчивостта на клетъчната структура към това. Затова в горната част на сечението са разположени ред от правоъгълни тръби съставени от нитовани профили и плочи.

Мостът "Британия". Първоначалният проект включвал окачването на правоъгълните тръби на верижна система.

Първоначалният проект предвиждал допълнително укрепване на тръбните структури, чрез окачването им към верижна система, за което върху стълбовете на моста, били построени кулите, като общата височина на най-високата била 67,5 метра, но изследванията на Феарбърн, подпомогнати от идеите на Хочкинс за създаване на клетъчна структура в натисковите зони, за постигане на по-голяма устойчивост, довели до постигане на гредово сечение с достатъчна носимоспособност, което не се нуждаело от допълнително укрепване, поради което и веригите не били монтирани. Още при изпълнението на кулите, отворите за веригите били зазидани.

Мостът Британия на Р. Стивънсън 1

Мостът Британия на Р. Стивънсън 2

Мостът Британия на Р. Стивънсън 3

Работите по моста започват през 1846. Долното строене е изпълнено за около две години. Направа на кутиите започва на 10 август 1847 г. През юни 1849 г. е била готова първата кутия. След инцидент при който повдигателната преса, тежаща 50 тона пропада във кулата, монтирането се забавя. Монтирането на първата тръба приключва през октомври 1849 г. Втората тръба била сглобена през декември 1849 г, без големи инциденти и е издигната на място на 7 януари 1850 г.

Мостът е открит за експлоатация на 5 март 1850 година и останал в експлоатация до 1970 година.

Мостът Британия на Р. Стивънсън 4

Във вечерта на 23 май 1970 г. няколко момчетата си играли върху моста. Те изпускат горяща факла върху покрития с катран дървен покрив на тръбите и покривът, а впоследствие и всичко, което може да гори се запалва. Пожарникарите полагат огромни усилия за загасяването на избухналия пожар, но височината на конструкцията и липсата на подходящо водоснабдяване на моста възпрепятстват загасяването на огъня. Пожарът се разпростира по цялата дължина на континенталната част от страната на Ангълси. След като огънят загасва, мостът все още стои, но конструктивната цялост на железните тръби е критично нарушена от интензивната топлина. Вследствие на това мостът, с изключение на оригиналната каменна конструкция, е изцяло подновен.

Изглед към един от стълбовете

Изглед към долната палуба

Плочата поставена при възстановяването на моста

Връхната конструкция на новия мост включва две палуби: долна релсова палуба, закрепена върху стоманени арки, и горна палуба, изработена от стоманобетон, съдържаща нова пътна плоча.

Мостът е възстановен на етапи. На първи етап са построени новите стоманени арки (дъги) под двете оригинални тръби от ковано желязо.

Пета на дъговата конструкция при един от стълбовете

Изграждане на дъговата конструкция

Премахване на едната от тръбите и направа на пътната конструкция на единия железен път 1 (първи етап)

Премахване на едната от тръбите и направа на пътната конструкция на единия железен път 2 (първи етап)

Завършената железопътна част на моста Британия (трети етаап)

Арки са завършени и по едната железопътната линия е възстановено движението на влаковете, на 30 януари 1972 г, чрез повторно използване на една от тръбите. На втори етап е демонтирана другата тръба и заменена с бетонна плоча. Монтиран е нов железен път. На трети етап движението на влаковете е възстановено по новоизградената конструкция, което е позволило другата тръба да бъде заменена с бетонна плоча и да се монтира втори нов железен път. След това е възстановено нормалното двупосочно железопътно движение през 1974 г. Накрая е изпълнена горната, пътна палуба и през юли 1980 г., над 10 години след пожара, е пуснато новото пътно преминаване.