Hi-Tech

Каналы помогают городам расти, а небоскребы — бороться с землетрясениями: как учёные и бизнес меняют земной ландшафт

Подборка инженерных проектов из России, США, Нидерландов, Египта и других стран.

В закладки

Улучшение земель и фермерство

К началу 19 века люди приспособили под сельское хозяйство 8 млн гектаров земли, а к 20 веку уже 68 млн гектаров. Человечество применяло осушение и орошение земель за четыре тысячи лет до нашей эры.

Кёнигсберг

Топкие земли Восточной Пруссии, часть которых сейчас — Калининградская область, не были пригодны для ведения сельского хозяйства.

Поэтому в 14 веке магистр Тевтонского ордена Конрад фон Юнгинген решил основать управления осушительных и оросительных работ, которые построили специальные дамбы для защиты земель от половодья.

Поля Калининградской области 

Следующие поколения немецкой знати проложили водные пути, которые сегодня называются Полесский и Немонинский. В 1395 году фон Юнгинген распорядился соединить каналы рек Дайме и Прегель в районе нынешнего Гвардейска, чтобы развить судоходство.

С начала 17 века немцы стали возделывать польдеры — осушённые прибрежные участки. Через каналы приезжали фермеры, чтобы осваивать осушенные земли и вести хозяйство.

Всего они построили 14 бассейнов и 365 осушительных конструкций. В начале 20 века инженеры соорудили систему подземного дренажа, общая протяжённость которой занимала 420 тысяч километров.

Первоначально Веймарская республика финансировала строительство и поддержание системы, но позже из-за экономической нецелесообразности передало её в собственность мелиоративных товариществ. Работавший над проектом немецкий мелиоратор Фриц Херргайст оценил его в 4 млрд марок по курсу 1979 года.

Неизвестно, сломали систему немцы, когда отступали, или она пострадала из-за военных действий и отсутствия ухода. Система пострадала, когда в 1945 году Кёнисберг вошёл в состав СССР.

Несмотря на открытие курсов по мелиорации и организацию специальных бригад, восстановить систему полностью не удалось — она так и осталась заброшенной. Система была приспособлена для индивидуальных хозяйств, и советские власти не могли перенастроить её для обслуживания колхозов.

Сегодня комиссия по вопросам социально-экономического развития Калининградской области планирует реконструировать мелиоративные системы региона — на эти цели Минсельхоз России направит в 2019 году 500 млн рублей.

Деньги должны пойти на восстановление 17 мелиоративных объектов, ремонт насосных станций, русел, водоприёмников и на субсидирование противопаводковых работ. Всего государственные инвестиции с 2019 по 2025 год составят 4 млрд рублей.

Зёйдерзе

С конца 19 века голландский инженер Корнелис Лели разрабатывал план, который позволил бы защитить Нидерланды от Северного моря, а заодно решил бы проблему голода из-за недостатка пахотных земель.

Он предложил построить дамбу между северной частью провинции Северная Голландия и западным берегом провинции Фрисландия.

В 1913 году Лели стал министром транспорта и общественных работ и к 1918 году представил законопроект под названием Zuiderzee Act, который впоследствии приняли, а сам проект начали называть «Зёйдерзе».

Первым делом рабочие построили две дамбы, которые сомкнулись между собой в 1932 году. Работы по перекрытию залива начались 1 мая 1919 года. Одна пролегла от Северной Голландии до острова Виринген, а другая — от Вирингена к Цюриху.

В результате почвы, прилегавшие к водам, тоже прекратили засаливаться. Образовавшийся залив благодаря впадавшим рекам был опреснён и превратился в озеро, которое назвали Эйсселмер.

К моменту окончания Второй мировой войны мелиораторы осушили 1650 км² земель. Мелиорацию на этих землях начали осваивать ещё во время строительства дамбы, в 1927 году, тогда на западе Зайдёрзе был создан небольшой польдер — земельный участок с дренажными устройствами.

На пригодные для сельского хозяйства и защищённые от морской стихии земли начали приезжать поселенцы: на осушенной площади появились три новых города — Лемме, Волленховен и Блокзейл.

Аральское море

Корабль на дне Южного Аральского моря 

В первую очередь — хлопковых полей, которые не терпят соседства других культур. В 1930-е годы Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР разработало программу развития сельского хозяйства на пустынных землях Туркмении, Узбекистана и южного Казахстана.

Однако инженерные системы забирали слишком много водных ресурсов — например, из-за Каракумского канала Амударья стала на 45% мельче. Для этого на реках Амударье и Сырдарье построили ирригационные конструкции, чтобы орошать плантации.

В 1960 году Арал занимал четвёртое место в списке самых крупных озёр мира (уступая озёрам Виктория, Верхнее и Каспийскому морю) — его площадь составляла 68 тысяч км². В результате Аральское море перестало получать подпитку, хотя первоначально это не приносило заметного вреда.

В 1946 году в Арале отловили 23 тысячи тонн рыбы. В то время Аральское море давало рабочие места рыболовам. В Казахстане было пять рыбных заводов, один комбинат, 45 рыбоприёмных пунктов, В Узбекистане — пять заводов, один комбинат и больше 20 рыбоприёмных пунктов.

Однако в 1960-е годы по решению ЦК КПСС орошаемые земли увеличились с 4,5 млн до 8,2 млн гектаров, Арал начал постепенно высыхать и засаливаться.

В 1992 году правительство Казахстана построило песчаную Кокаральскую плотину, чтобы перекрыть отток воды и поднять уровень Малого моря. К 1987 году Аральское море разделилось на два водоёма: Северное (Малое) и Южное (Большое).

Стоимость всего проекта составила $85,8 млн, из которых на заём пришлось $65,5 млн. Однако в 1999 году плотина была разрушена из-за повышения уровня воды, а затем заново отстроена в 2005 году — при софинансировании Всемирного банка.

На территории малого Арала было запущено 16 рыбоперерабатывающих предприятий. Плотина помогла стабилизировать уровень моря на отметке в 42 метра, что позволило восстановить промысел местных ценных видов рыб — судака и сазана.

Правительство Казахстана планирует построить судоходный канал к порту Аральск, чтобы суда имели доступ к рыбным заводам — проект оценивается в $200 млн. Сегодня годовой объём улова рыбы составляет 8000 тонн (почти в три раза меньше, чем в 1946 году), которые в основном идут на экспорт.

Новые водные торговые пути

Его маршрут был близок к современной Исмаилии (сегодня этот город — остановка Суэцкого канала). Впервые люди задумались о том, чтобы построить новые пути через воду, в шестом веке до нашей эры — персидский император Дарий Первый прорубил водный ход от Нила до Красного моря.

Изначально канал использовали для поставок риса из города Янцзы в центры политической власти на севере страны. Следующим известным проектом стал Великий канал в Китае, строительство которого началось в четвёртом веке до нашей эры и продолжалось вплоть до 13 века нашей эры. Великий Канал действует до сих пор— он соединяет крупные порты Шанхай и Тяньцзинь.

Он связывает Балтийское и Северное моря. В 1391 году был прорыт один из первых каналов в Европе — между реками Эльба и Любек. Предполагается, что его спроектировал Леонардо да Винчи. В 1500 году впервые установлен современный шлюз на канале в Милане.

Канал Эри и расцвет Нью-Йорка

Шлюз канала Эри

Однако современный проект канала Эри был представлен в серии очерков анонимом под псевдонимом Геркулес. Впервые улучшить естественные водные пути Нью-Йорка предложил губернатор Кадвалладер Колден в ходе доклада о торговле в 1724 году.

Он обанкротился, пытаясь открыть торговлю мукой на рынке Атлантики. Как выяснилось, автором был разорившийся торговец мукой из западного Нью-Йорка Джесси Хоули, который писал из тюрьмы должников. В те времена требовались недели, чтобы добраться до восточного побережья, а количество груза было ограничено силой вьючных животных.

1 июля 1817 года он был избран губернатором, а 4 июля 1817 года местный судья Джон Ричардсон, которого назначили подрядчиком, приступил к строительству. В Нью-Йорке как раз начинались выборы губернатора, и эссе Джесси Хоули привлекли мэра ДеВитта Клинтона, который использовал проект канала в качестве предвыборного обещания.

И хотя президент США Томас Джефферсон и политические враги Клинтона отнеслись к проекту скептически, государство выделило на строительство канала $7 млн.

Одной из главных инженерных задач был проход через долину Айрондеквойт возле Рочестера: строителям было важно проложить канал, не меняя уровня. Строительство через гористую местность и скалы оказалось сложным.

Снимок со строительства канала 

Для этого они сконструировали два искусственных хребта из земляных насыпей высотой 402 метра. В итоге его пришлось вести через естественные горные хребты. Всего на строительство ушло восемь лет, землю расчищали вручную или при помощи динамита.

Тогда же начались и работы по расширению до Огайо. Открытие канала состоялось 4 ноября 1825 года. Инвестиции в проект окупились в течение восьми лет.

Эри позволил сократить время в пути между Огайо и Нью-Йорком с шести недель до шести дней и уменьшить путевые затраты со $100 до $10. Именно каналу Эри Нью-Йорк обязан своей доминирующей ролью среди штатов Америки.

Это спровоцировало приток новых людей в штат — за 50 лет после открытия канала население выросло со 120 тысяч человек до более чем 1 млн. Из-за снижения путевых затрат и времени цены на товары в Нью-Йорке упали.

Канал способствовал началу торговли между Америкой и Европой — когда Великобритания отменила пошлины на ввозимое зерно, были налажены поставки.

Водные пути Петра Великого

Ладожское озеро

Между устьями крупных рек для перемещения судов и товаров на другие водные маршруты делались перешейки. В Древней Руси реки использовались как пути сообщения. Чтобы больше не совершать такие перевалы грузов и наладить поставки в Европу, в 1709 году по приказу Петра Первого был построен водный путь, названный Вышневолоцкой системой.

На канале было построено два шлюза для удержания воды, а по берегам его окантовывали сваи. Канал длиной 2811 метров и шириной 15 метров связывал реку Волгу с Невой — для этого был прорыт путь между рекой Тверцой, впадающей в Волгу и рекой Цной, которая шла в Балтийское море.

Ещё одним недостатком было одностороннее движение: корабли могли ходить только от Волги до Невы. Однако к концу строительства у системы обнаружились недочёты: например, суда можно было пускать только осенью и весной, а летом канал мелел настолько, что по нему нельзя было пускать и брёвна.

Этого было недостаточно для снабжения Санкт-Петербурга, поставки постоянно задерживались. По каналу проходило всего 400 судов в год. Закончить его удалось в 1730 году. Одним из решений стало строительство Староладожского канала — обходного пути из реки Волхов в Неву.

Он рассчитывал, что таким образом вода в канале умножится и суда смогут ходить свободно. Другое решение предложил купец Михаил Сердюков: перенаправить воды реки Шлины в Цну и построить резервное водохранилище. Причём все работы он вызвался провести за свой счёт.

За это Сердюков получил право взимать со всех проходящих судов пошлину в 10 копеек за сажень (один сажень — 2,1 метра). Это сработало: суда теперь могли ходить даже летом, и количество кораблей выросло до 5500, а количество грузов — до 190 тысяч тонн.

Канал использовался до 19 века, но после строительства Николаевской железной дороги, которая связала Москву и Санкт-Петербург, его значение упало, и в 1890 году движение судов по каналу прекратилось.

Торговые пути через Арктику

Меньше льда в Северном ледовитом океане было только в 2012 и 2007 годах. В сентябре 2019 года протяжённость арктического льда составила 4,32 млн км² — это третий наименьший показатель за 41 год измерений.

Учёные из британского Ноттингемского университета, в том числе климатолог Эд Хокинс, видят в сокращении льда новые перспективы для судоходства в водах Арктики.

Это позволит открыть четыре более быстрых транснациональных судоходных маршрута и возможность плыть прямо посередине через Северный ледовитый океан. В 2016 году они составили прогноз, согласно которому к 2100 году арктический судоходный сезон увеличится с нынешних двух-четырёх до восьми месяцев в году.

Но к 2030 году можно будет проплыть из Америки и Европы до Восточной Азии через северные воды за 18 и 21 день. Сейчас плавание из Европы в Восточную Азию занимает 30 дней через Суэцкий канал, из Северной Америки через Панамский канал — 25 дней. Новые маршруты пройдут через пролив Мак-Клур, залив Амундсена, пролив Вилькицкого и пролив Санникова.

Только расстояние между портами слишком большое, чтобы помощь в экстренной ситуации успела подоспеть вовремя. Со стороны Канады в этих местах проходят только ледоколы, с российской стороны есть инфраструктура, в частности сеть арктических морских портов.

Сейчас по Северному морскому пути российских вод перевозится около 2,5 млн тонн груза в год, правительством России планируется увеличить показатель до 80 млн тонн к 2025 году.

Пути на земле и под ней

В 19 веке изобрели динамит, тогда же появились первые проходческие щиты — машины, способные пробираться через горную породу, с тех пор движение происходит ещё и под землёй. Первые проходы через скалы сооружались с помощью примитивных орудий труда.

Монбланский тоннель

Крутые горные перевалы были закрыты большую часть года из-за снега и льда. Между французским городом Шамони и итальянским Курмайором 13 км, но добраться из одного в другой раньше было непросто.

Работы начались в 1957 году, а завершились в 1965 году. В 1949 году правительства Франции и Италии подписали договор о строительстве тоннеля в горе Монблан. Монбланский тоннель — самый глубокий в мире, его глубина — 2,4 км. Длина тоннеля — 11,6 км, большая часть находится на территории Франции (7,6 км), ширина равна 8,6 м.

Использовалась взрывчатка — её ушло около 700 тонн. Тоннель прокладывали машины, которые в день продвигались на 8 м. Ещё три года было потрачено на прокладку дороги и строительство инфраструктуры. Итальянская и французская бригады встретились 14 августа 1962 года.

Через тоннель проходит 76% импорта и экспорта Верхней Савойи. После открытия проезда маршрут через город стал ключевым для региона — он экономит около 100 километров до Милана.

С грузовиков взимается от €168 до €932, цена определяется классом машины. Как и на многих сложных участках дороги в Европе, за проезд по тоннелю нужно платить, в 2019 году минимальный билет в одну сторону стоит €46 для легкового автомобиля. Ежедневно через тоннель проезжает 5000 автомобилей, 68% из них — легковые.

Но после пожара, случившегося в тоннеле в 1999 году из-за возгорания грузовика, его закрыли на три года. Раньше тоннелем управляли две компании — французская ATMB и итальянская SITMB. Пока от итальянской бригады дошло сообщение до французской стороны, было потеряно четыре минуты. Во время аварии оказалось, что координация между бригадами двух стран медленная.

В тоннеле теперь есть 37 противопожарных убежищ, способных выдержать температуру до +1000°C. В 2002 году была создана новая французско-итальянская компания GEIE-TMB, которая сейчас отвечает за движение тяжёлых грузов и безопасность.

Двухэтажный тоннель SR 99 в Сиэтле

В 2012 году Департамент транспорта штата Вашингтон (WSDOT) нанял подрядчика Seattle Tunnel Partners, чтобы проложить под Сиэтлом тоннель диаметром 17 м и длиной 2,7 км для замены разрушающегося виадука.

Несмотря на то, что он безопасен для ежедневного использования, конструкция была сейсмически уязвима. Виадук на Аляскинском пути был построен в 1950-х годах, но был повреждён во время землетрясения 2001 года. Сейчас ведутся работы по его демонтажу.

Новый тоннель SR 99 — прямой маршрут между стадионом бейсбольной команды Seahawks и символом Сиэтла — башней в футуристическом стиле Спейс-Нидл, а ещё это самый большой в стране двухэтажный автодорожный тоннель стоимостью $3,1 млрд.

Если система обнаруживает пожар, то автоматически включаются вытяжные вентиляторы, и она оповещает работников WSDOT, которые через камеру проверяют сигнальный участок и активируют спринклеры. Система безопасности с помощью электронных датчиков на стенах тоннеля каждые несколько секунд измеряет воздух.

Ему дали имя «Берта» в честь первой женщины-мэра Сиэтла Берты Лэндс. Для строительства такого сооружения Seattle Tunnel Partners наняла японскую Hitachi Zosen, чтобы построить самый большой в мире проходческий щит за $80 млн.

Машина перегрелась через пару дней после того, как наткнулась на стальную трубу. Прокладка тоннеля должна была занять три года и завершиться в 2015 году, но «Берта» внезапно сломалась на 30-метровой глубине.

Рабочим пришлось проводить масштабную спасательную операцию — техасская компания Mammoet, специализирующаяся на подъёме кораблей с морского дна, с помощью специального крана вытащила 1800-тонную буровую головку из шахты на землю, где её починили и усилили японцы из Hitachi Zosen.

9 ноября 2019 года Департамент транспорта штата Вашингтон начал взимать пошлины за проезд размером от $1 до $2,25 для водителей с вашингтонским пропуском Good To Go!, оплата варьируется в зависимости от времени суток. 5 февраля 2019 года WSDOT объявил об открытии тоннеля. Оплата собирается с помощью камер, будок с билетами на входе нет. Водители, у которых нет пропуска, должны будут доплатить ещё $2.

AlpTransit

Годом раньше департамент Швейцарских федеральных железных дорог основал дочернюю компанию AlpTransit Gotthard Ltd. В 1999 году в Швейцарии был утверждён проект нового железнодорожного сообщения через Альпы при финансировании общественного транспортного фонда.

Проект тоннеля позволяет поездам проходить со скоростью выше 250 км/ч. Проект стоимостью больше $10 млрд призван сократить время железнодорожного сообщения через Альпы на час и снизить его экологический след. Основными считаются два направления: Готардская ось с тоннелем и Лёчбергская ось с тоннелем Лёчберг. Проект предполагает строительство железнодорожных сетей с юга на север.

Она сократила время в пути от города Вале до Берна на 50%. Первую из железнодорожных осей стоимостью 4,3 млрд швейцарских франков закончили в 2007 году. Сегодня через тоннель курсирует около 110 поездов в сутки.

Прокладка тоннеля велась круглосуточно на протяжении всей недели. Строительство Готардского тоннеля началось в 2001 году, к проекту привлекли 2000 рабочих. Для строительства прохода использовали проходческие щиты и взрывчатые вещества.

С этого момента Готардский тоннель длиной 57 км стал официально самым длинным в мире, обогнав при этом японский Сэйкан длиной 53,8 км. Тоннель прокладывали одновременно с четырёх сторон, в 2010 году строительные команды встретились, их воссоединение показали по швейцарскому телевидению.

До этого с 1980 года через Сен-Готардский массив курсировала автомагистраль. В 2016 году Готардский тоннель был открыт, через него проходит до 300 железнодорожных составов в день.

4 сентября 2020 года планируется открытие третьей железнодорожной оси Ceneri, эта дата станет завершающей в строительстве альпийского железнодорожного сообщения.

Антисейсмическая архитектура

«Тайбэй 101»

Это первое здание, достигшее полукилометровой высоты. Тайваньский небоскрёб высотой 509 метров построила местная архитектурная фирма CY Lee & Partners в 2003 году — проект обошёлся в $1,7 млрд. До 2010 года «Тайбэй 101» был самым высоким небоскрёбом мира, пока его не обогнал «Бурдж-Халифа» в Дубае с высотой 828 м.

«Тайбэй 101»

Фундамент усилен 380 сваями, уходящими на глубину 80 метров. Здание построено из гибкой стали, оно одновременно подвижное и жёсткое. Внутри находятся торговые центры и офисы, между которыми курсируют со скоростью 60,6 км/ч самые быстрые лифты в мире. Каждая из свай способна выдержать нагрузку в тысячу тонн.

В 2015 году «Тайбэй 101» занял первое место в рейтинге самых прочных зданий по версии журнала Popular Mechanics: на Тайвань со скоростью ветра 66 м/c обрушился тайфун «Соуделор», который получил 17 баллов по шкале Бофорта, но небоскрёб устоял.

Thornton-Tomasetti Engineers до этого построила здание The New York Times и Башни Петронас, а Evergreen Consulting Engineering спроектировала местные Тантекс-Скай-Тауэр и Всемирный торговый центр Чан-Гу. Его изготовила компания Thornton-Tomasetti Engineers совместно с Evergreen Consulting Engineering за $4 млн.

На вершине шпиля находятся ещё два маятника весом по 6 тонн каждый. Демпфер — крупнейшая в мире сфера, состоящая из 41 стальной пластины, подвешена между 88 и 92 этажами. Под демпферами установлены пружины, которые сдерживают их движение.

Мост Акаси-Кайкё

Акаси-Кайкё соединяет остров Хонсю с островом Авадзи. Самый длинный мост в мире построен в 1998 году в сейсмически активной Японии, где его испытывают землетрясения и штормы.

Ещё до окончания строительства в 1995 году мостовые опоры пережили землетрясение магнитудой 7,3 — всё благодаря установленным внутри маятникам-успокоителям.

Мост Акаси-Кайкё

Единственным «повреждением» от землетрясения стало смещение одного из пилонов на 1 метр, это произошло из-за деформации рельефа дна водоёма. Когда гибкая стальная опора во время землетрясения наклоняется в одну сторону, 20 гидравлических маятников внутри неё уходят в другую и не дают ей упасть. В итоге мост продлили ещё на один метр — и его центральный пролёт теперь равен 1991 метру вместо 1900.

Чтобы возместить расходы, за пересечение моста взимают плату $20 (2300 йен) с каждого водителя. Строительство моста стоило $4,2 млрд. Ежедневно через него проходит около 25 тысяч транспорта.

Единственная опасность, которой подвержен стальной мост, — коррозия. Конструкция моста способна выдерживать ветер до 80 м/c. Но с этой проблемой ежедневно борются две бригады дистанционных роботов — одни ищут признаки коррозии, а специальные роботы-маляры её устраняют.

Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть