Основные характеристики магистрали
Для проектирования дороги в качестве исходных были приняты технические характеристики, получившие надлежащее технико-экономическое обоснование и позволявшие обеспечить требуемую пропускную способность и безопасность движения. К этим характеристикам относятся ширина колеи, мощность верхнего строения, число главных путей, предельный уклон, минимальный радиус кривых, размещение раздельных пунктов, типы искусственных сооружений, локомотивов, вагонов, устройств сигнализации и связи, водо- и топливоснабжения и др.
В те годы железные дороги в зарубежных странах строились с самой различной шириной колеи. Некоторые отдавали предпочтение широкой колее — до 6 футов (1829 мм). Возник вопрос, какую колею принять для магистрали Петербург — Москва: 6 или 5 футов (1524 мм). Для решения этого вопроса создали специальную комиссию, которая установила, что объём земляных работ при ширине 5 футов сокращается по сравнению с 6-футовой колеёй на 1750 тыс. кубометров, в денежном выражении это составляло 1130 тыс. руб., или 3 % от сметной стоимости дороги. В отчёте ведомства путей сообщения за 1843 г. говорилось: «Шестифутовая колея, вовлекая в излишние издержки более миллиона рублей серебром, совершенно бесполезна… Пятифутовая ширина, представляя ту же безопасность при скорой езде, те же удобства для устройства паровозов, предпочтительнее в экономическом отношении». Эти расчёты и предопределили ширину колеи в 1524 мм.
Первые английские железные дороги строились, как правило, двухпутными, а американские — только однопутными. Проф П. П. Мельников полагал, что число главных путей должно определяться в зависимости от расчётных размеров движения поездов, стоимости строительства и расходов на эксплуатацию. Он, в частности, утверждал, что издержки на постройку двойного пути меньше, чем при сооружении двух параллельных однопутных линий. Кроме того, двухпутные линии и в эксплуатации более выгодны по сравнению с двумя путями, взятыми отдельно. Учёный установил, что расчётные размеры грузовых перевозок на линии Петербург — Москва должны составлять 400 тыс. т, пассажирских — 300 тыс. человек в год. Освоить эти перевозки оказывалось возможным при наличии двухпутной линии.
Исследования проводились и при выборе предельного уклона линий. Английские инженеры применяли на железных дорогах «малые пределы скатов», а американские, наоборот, крутые, с целью снижения первоначальных капитальных вложений. П. П. Мельников не пошёл по пути заимствования опыта зарубежных инженеров, а разработал общие теоретические основы выбора предельного уклона и опубликовал их в 1842 г. в «Журнале путей сообщения». Он установил, что выбор предельного уклона зависит от назначения проектируемой дороги, расчётных размеров движения, типа локомотива, топографии местности и себестоимости перевозок. На основе анализа всех этих факторов учёный пришёл к выводу, что «всегда существует некоторый предел, далее которого уменьшение скатов перестаёт быть выгодным». Он также обосновал возможность применения уравновешенных уклонов в случае неравномерности движения по направлениям.
Эти идеи легли в основу выбор предельных уклонов для проектируемой дороги. В качестве исходных принимались уклоны 2,5; 5; 10 и 20 ‰. По каждому из них проводились технико-экономические расчёты, чтобы установить, «какой предел ската есть наивыгоднейший». Оказалось, что себестоимость перевозки одного пула груза будет наименьшей при пологих уклонах. Учитывая, что 80 % грузооборота приходилось на направление в сторону Петербурга и 20 % — в сторону Москвы, приняли уклоны 2,5 ‰ к столице и 5 ‰ в обратном направлении. Здесь впервые был применён уравновешенный уклон, при котором поезда с одним и тем же количеством вагонов следовали в обоих направлениях с одинаковой скоростью за счёт уменьшения веса составов на Москву. На одном участке трассы пришлось применить сосредоточенный уклон, круче предельного, равный 7,8 ‰. Такой профиль позволил провести линию по прямому направлению на Веребьинском подъёме протяжением 17,6 км между реками Мстой и Веребьёй. В 1881 г. в связи с заменой деревянных мостов металлическими был построен Веребьинский обход, удлинивший линию на 5,4 км. С этого времени протяжённость магистрали составила 649,9 км.
Проектировщики магистрали выбор минимального радиуса кривых связывали со скоростью движения поездов. Они считали, что уменьшение скорости по условиям плана линии «представляет тем большую невыгоду, чем протяжённее участок и чем интенсивнее на нём движение». Ставилась задача, чтобы на кривых участках пути поезда следовали с той же скоростью, что и на прямых. Исходя из этого, при проектировании плана линии стремились применять как можно большие радиусы кривых. Минимальный радиус установили в 1600 м на перегонах и 1065 м на раздельных пунктах. Из общей длины магистрали на кривые приходилось всего 47,6 км, или 7,5 %. Такая прямолинейность железнодорожной линии позволяет и в настоящее время развивать скорость движения поездов до 200 км/ч.
В период строительства дороги ещё не было полной ясности относительно толщины балластного слоя в выемках и необходимости устройства продольных лежней под шпалами каждой нитки рельсов. Учитывая, что хороший балласт железной дороги «есть лучшее обеспечение её прочности, экономии ремонта, а также безостановочности в употреблении», его запланировали двухслойным: нижний слой — песчаный, верхний — щебёночный. Толщина нижнего слоя в насыпях принималась 0,30 м, в выемках — в два раза больше, чтобы избежать появления пучин. Верхний слой толщиной 0,17 м предназначался для «защиты нижнего от раздувания ветром и для воспрепятствования пыли». На линии предусматривалась укладка железных рельсов длиной 5,4 м, весом 30 кг/м. На один километр приходилось 1166 шпал. Стыки рельсов покоились на шпалах в чугунных подушках весом 11 кг. Ведомство путей сообщения приняло решение об укладке продольных лежней под шпалами для уменьшения осадки и её равномерного распределения. Деревянные лежни длиной 5,4 м, шириной 20 см и толщиной 7,5 см помещались под каждой ниткой рельсов. Стыки лежней располагались посередине рельсовых звеньев.
На дороге предстояло соорудить большое количество мостов. В 1840 г. проф. Мельников составил проект деревянного моста решётчатой системы через Днепр в Киеве. Мост имел 11 пролётов по 48,5 м каждый. Ввиду новизны конструкции было решено построить сначала опытный однопутный пост этой системы через Ящеру на шоссейной дороге Петербург — Ковно. Мост построили под руководством автора проекта в 1841 г. Двухлетние наблюдения не обнаружили деформаций в конструкции. Это послужило основанием, чтобы принять такую систему мостов для Петербурго-Московской дороги. В 1843 г. учёный составил предварительные проекты решётчатых мостов через реки Волхов, Мсту и Веребью по системе Гау. Эта система, только что появившаяся в США, была несовершенна, так как расположенные в разных местах по длине балки металлические стержни, соединявшие нижние и верхние пояса ферм, принимались одинакового сечения. Система Гау представляла собой образец эмпирического направления в мостовой технике, поскольку какой-либо теории расчёта ферм не существовало. В связи с этим в 1844 г. инженеру путей сообщения Д. И. Журавскому поручили произвести «подробное изучение свойств мостов американской системы и усовершенствование оной». Он провёл теоретические и экспериментальные исследования усилий, возникающих в элементах фермы системы Гау, и установил, что стержни, расположенные посередине фермы, менее натянуты, чем стрежни вблизи опор. Свои выводы он проверил на модели и рекомендовал принять в качестве расчётного переменное сечение стержней, с тем чтобы увеличить «крепость фермы». На основе теории расчёта Д. И. Журавского проектировались и строились все большие и средние мосты на магистрали.
Наиболее примечательными следует назвать Веребьинский, Мстинский и Волховский мосты. Веребьинский, возведённый Д. И. Журавским, представлял собой мост-виадук, перекрывший глубокий овраг с небольшой речкой. Он состоял из 9 деревянных ферм по 49,7 м каждая и 7 каменных береговых арок по 6,4 м. Общая длина моста составила 500 м. Наибольшая высота от горизонта меженных вод до низа пролётного строиения достигала 43 м. Мстинский мост, расположенный в изгибе реки и названный «золотым коленом», имел 9 пролётов по 61 м каждый общей длиной почти 550 м. Его построил инженер путей сообщения С. В. Крутиков. Волховский мост состоял из 5 пролётов по 51,1 м каждый и разводной части для пропуска судов. Это был первый разводной железнодорожный мост в России. Строил его инженер путей сообщения В. И. Граве. Все мосты строились на каменных опорах, за исключением Веребьинского и Мстинского, у которых верхняя часть быков (выше горизонта высоких вод) была деревянной, но обшитой листовым железом. В ходе проектирования магистрали были разработаны теоретические основы размещения раздельных пунктов. Все станции, помимо двух конечных, подразделялись на четыре класса. Станции I класса располагались друг от друга на расстоянии 160 км, II, III и IV классов соответственно на удалении 80, 40 и 20 км.
Расстояния между станциями и мощность водоснабжения определялись из условия, что в течение дня будут проходить в обе стороны 8 пассажирских и 26 поездов с «кладью», то есть 17 поездов в каждом направлении. Это и была расчётная пропускная способность проектируемой линии.
Тяговые плечи устанавливались в 150 вёрст. Мотивировалось это следующими соображениями: «Между станциями I класса, и. е. в 75 верстах, будет находиться по одной станции II класса, дабы паровозы, отправляясь с поездами со станции I класса, довезли оные до станции II класса и в тот же день могли возвратиться до прежнего места, где будут устроены заведения (депо) для починки паровозов и вагонов».
Все станции проектировались типовыми с учётом «последовательного устройства некоторых их частей до открытия дороги и других — впоследствии», то есть с учётом поэтапного усиления их мощности. Пассажирские здания станций первых двух классов строились островными, между первым и вторым главными путями. На некоторых участках они сохранились и поныне. Классификация станций, схемы тяговых плеч и принципы размещения раздельных пунктов, принятые для линии Петербург — Москва, получили широкое распространение и на других магистралях страны.
Устройства сигнализации и связи для обеспечения безопасности движения в период проектирования и строительства магистрали находились ещё на стадии поиска.
В 1841 г. П. Л. Шиллинг установил экспериментальную телеграфную связь Зимнего дворца с Главным штабом и Главным управлением путей сообщения и публичных зданий. Аппаратуру для этих линий разработал Б. С. Якоби. В 1846 г. ему поручили устройство опытной линии с электромагнитными телеграфными аппаратами для строящейся магистрали Петербург — Москва. Для участия в опытах по устройству на ней телеграфной связи в 1849 г. был приглашён В. Сименс. Первоначально дорога Петербург — Москва была оборудована телеграфными аппаратами Сименса, которые спустя два года заменили аппаратами Морзе.
Ещё во время острого противоборства вокруг вопроса о целесообразности строительства магистрали возникла идея создания для неё отечественного подвижного состава.
В качестве предприятия для выпуска паровозов и вагонов выбрали Александровский чугунолитейный завод в Петербурге, основанный в 1824 г. В 1844 г. его передали ведомству путей сообщения и он стал называться Александровским главным механическим заводом Петербурго-Московской железной дороги. Правительство заключило контракт на шесть лет с предпринимателями из США Гаррисоном и Уайненсом, которые обязались организовать изготовление подвижного состава. Завод располагал мощным по тому времени оборудованием. К 1849 г. завод выпустил для магистрали 42 пассажирских и 120 товарных паровозов, 70 пассажирских, около 2000 товарных вагонов и 580 платформ. Производство локомотива с тендером обходилось в 12000 руб. серебром, пассажирского вагона — 4520—4720 руб., товарного — 1460 руб.
Первые товарные паровозы имели три движущие колёсные пары, пассажирские — две движущие и две бегунковые. Вес паровоза в рабочем состоянии не превышал 30 т. Как паровозы, так и вагоны были однобуферными со шкворневой сцепкой. После 15 лет службы паровозы капитально реконструировали: ставили новые котлы, рамы, цилиндры и механизмы парораспределения, оборудовали винтовыми сцепками и боковыми буферами.
В 1858 г. Александровский завод приступил к постройке более мощных, четырёхосных товарных паровозов, которыми постепенно заменяли устаревшие. В память о первом в России магистральном паровозе, созданном в 1845 г., на территории завода воздвигнут обелиск в виде модели паровоза.
Что касается вагонов, то они подразделялись на следующие типы: I и II классов — спальные и обыкновенные; III класса — обыкновенные и служебные. Высота кузова от пола до потолка едва достигала 2 м, освещения и вентиляции не было. Со временем, однако, вагоны перестраивались и обеспечивались элементами комфорта.
Все вагоны товарного парка имели по две двухосные тележки и деревянный кузов, их грузоподъёмность не превышала 10 т.
Ведомство путей сообщения образовало специальную комиссию по постройке паровозов и вагонов. При её участии разрабатывались способы испытания паровозных котлов, цилиндров, чугунных колёс и осей. Многие испытания проводились на Царскосельской дороге. Здесь же осуществлялись опытные поездки товарных поездов различного веса.
При открытии Петербурго-Московской магистрали в штате начальника дороги для наблюдения за состоянием паровозов и вагонов были соответственно механик и вагенмейстер. Линейный персонал дороги именовался «составом», который подразделялся на дорожный, станционный, подвижной и телеграфический. Каждый из этих составов по военному образцу делился на роты. В «подвижной состав» входили машинисты, их помощники, кочегары и кондукторы. Мастеровые по ремонту паровозов и вагонов включались в штат, выполнявший ремонтные работы подрядным способом. Профессиональная подготовка осуществлялась на Александровском заводе. Военизированная система обслуживания дороги просуществовала 17 лет, затем линейные составы и роты заменили службами.
5. Организация эксплуатационной работы и технического обслуживания дороги
Рис.9. Н. И. Миклуха (1817—1857)
Первым заведующим движением поездов на участке Петербург — Чудово был инженер путей сообщения Н. И. Миклуха (отец известного путешественника Н. Н. Миклухи-Маклая). В 1849 г. он возглавил Вышневолоцко-Тверской участок. Здесь по его инициативе впервые в мировой практике устроили живую изгородь из елей для защиты пути от снежных заносов. Деревья высадили по 4 тыс. на 1 км на протяжении свыше 52 км. Позднее стали применять деревянные щиты. Сочетание живой изгороди и щитов обеспечивало нормальную эксплуатацию дороги в зимнее время. Первые опытные данные по эксплуатации отдельных участков позволили определить структуру, штат и обязанности различных подразделений. В 1851 г. были разработаны и введены в действие «Положение о составе управления Петербурго-Московской железной дороги» и «Положение о движении поездов…». Эти и другие документы позволяют судить об организации управления и особенностях первоначальной эксплуатации дороги. По службе пути вся линия вначале делилась на 8 отделений и 34 дистанции, но в 1854 г. число отделений уменьшили до 5, дистанций — до 24.
Первым начальником магистрали назначили инженера путей сообщения А. Н. Романова, до этого работавшего на Царскосельской линии. В 1852—1855 гг. во главе дороги находился бывший начальник Южной строительной дирекции Н. О. Крафт. При нём и завершилось окончательное формирование системы управления дорогой и организации движения поездов. В 1855 г., после кончины монарха, Петербурго-Московскую дорогу переименовали в Николаевскую.
В первое время её эксплуатации отправлялось весьма небольшое число поездов. В сутки обращалось в каждом направлении по два пассажирских и четыре товарных поезда. Каждый пассажирский поезд состоял из паровоза с тендером, одного багажного, одного почтового и пяти пассажирских вагонов. Эти поезда ходили со скоростью 40 км/ч, совершая весь рейс, с учётом остановок на станциях, за 18 часов. Товарные поезда состояли из 15 вагонов, имели скорость 16 км/ч и находились в пути 48 часов.
1 сентября 1853 г. из Петербурга в Москву отправился первый скоростной поезд. Он находился в пути всего 12 часов, затратив 10 часов 40 минут на езду и 1 час 20 минут на остановки. Его средняя скорость составила 60,4 км/ч. Это был один из мировых рекордов скорости движения пассажирских поездов на магистральных линиях.
В 1854 г. инженер путей сообщения Л. А. Сергеев составил первый график движения поездов, который положил начало регулированию эксплуатационной работы и использованию перевозочных средств.
Объём грузовых перевозок на дороге в 1852 г. достиг 164 тыс. т, пассажиров перевезено 719 тыс. Но уже в 1856 г. эти показатели возросли почти в два раза и составили соответственно 319 тыс. т и 1600 тыс. пассажиров. В дальнейшем объём перевозок непрерывно увеличивался, для их освоения принимались меры к усилению пропускной и провозной способности.
Выше указывалось, что для устойчивости рельсовой решётки под шпалами укладывались продольные лежни. Однако в первые годы эксплуатации выявились угоны рельсов и выходы стыков из центра подушек. В связи с этим в 1857 г. продольные лежни постепенно стали вынимать и под каждое рельсовое звено укладывать не 6 шпал, а 8 (1480 шпал на 1 км).
В 1860 г. проф. Н. И. Липин на основе опыта эксплуатации Петербурго-Московской дороги разработал габариты подвижного состава и приближения строений, которые в том же году приняли как единые государственные и обязательные для всех строящихся железных дорог в России.
Генератором многих технических идей, автором проекта и руководителем строительства дороги являлся П. П. Мельников. Он «блестящим образом прошёл курс наук, был одним из самых образованных людей с ясным и быстрым умом, был блестящим профессором, учёным человеком, первый положил начало устройству железных дорог, обучил для этого множество людей». Разработанные им принципы ведения изысканий, проектирования и организации строительства железных дорог в последующие годы широко использовались и были признаны наиболее эффективными. В 1874 г. исполнилось 50 лет его инженерной и научной деятельности. Учёный совет Института инженеров путей сообщения в поздравительном адресе отмечал: «Николаевская железная дорога с её величественными сооружениями представляет вдвойне замечательный памятник практической деятельности Вашей, как самый важный путь сообщения в России и как школа образовавшихся под руководством Вашим строителей».
Трудолюбие и настойчивость в достижении поставленных целей, забота о коллегах, рабочих и студентах являлись его внутренней потребностью. В Любани на личные средства П. П. Мельникова были построены школа-интернат для детей железнодорожников и дом-приют для престарелых. На содержание этих учреждений он завещал своё состояние. В основном на его сбережения и по собственноручным проектным намёткам, с участием архитектора К. И. Тона, в 1867 г. на ст. Любань в качестве памятника строителям магистрали Петербург — Москва был сооружён каменный храм апостолов Петра и Павла. В церкви установили мраморную доску с именами выдающихся строителей железной дороги. Под сводами хама погребён П. П. Мельников.
За выдающуюся научную и инженерную деятельность П. П. Мельников по рекомендации академиков М. В. Остроградского, Б. С. Якоби и других в 1858 г. был избран почётным членом Петербургской Академии наук.
В годы Великой Отечественной войны немецко-фашистские захватчики разрушили церковь, но сохранился фундамент и её каменный остов. К настоящему времени по инициативе жителей Любани, Управления Октябрьской дороги и Петербургского государственного университета путей сообщения, при поддержке МПС церковь восстановлена. Стараниями сотрудников Центрального музея дороги заново высечена мемориальная доска с именами 72 инженеров путей сообщения — руководителей строительства.
В 1955 г. в связи со 150-летием со дня рождения П. П. Мельникова Управление Октябрьской дороги и Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта установили на ст. Любань памятный бюст. На его постаменте высечено: «Мельников Павел Петрович, 1804—1880. Автор проекта и строитель Петербурго-Московской (Октябрьской) железной дороги и основоположник железнодорожной науки». На это место был перенесён и захоронен прах этого благородного человека, учёного и патриота.
Список использованной литературы:
1. Кантор И.И. Изыскание и проектирование железных дорог. - М.; ИКЦ «Академкнига» 2003. -288 с.
2. http://www.nnov.rgotups.ru.
3. История железнодорожного транспорта России. Том 1. 1836—1917 (книга, часть 2)