Forth Bridge – XIX-wieczny cud inżynierii

W XIX wieku nastąpił gwałtowny rozwój przemysłu oraz transportu. Zainspirowani nowymi technologiami inżynierowie projektowali coraz ambitniejsze i większe konstrukcje. Jednym z ówczesnych cudów inżynierii jest zbudowany w 1890 roku kratownicowy most wspornikowy Forth Bridge, przechodzący nad zatoką Firth of Forth w Szkocji.

Geneza

Zatoka Firth of Forth wcina się w ląd na głębokość ponad 80 km, przez co odcina Edynburg od północnej części Szkocji. W XIX wieku nastąpił gwałtowny rozwój przemysłu w Szkocji oraz w samym Edynburgu. Równocześnie zaczęto rozbudowywać sieć kolejową w tej części kraju. Niestety zatoka Firth of Forth stanowiła trudną do przekroczenia przeszkodę. Jej objechanie zajmowało kilkanaście godzin jazdy pociągiem, a regularnie kursujące promy nie miały odpowiedniej nośności, aby przewozić duże ilości surowców.

Już w 1806 roku pojawił się więc pomysł zbudowania pod zatoką dwóch tuneli o długości około 2-3 km. Ambitny projekt tuneli był jednak zbyt trudny do zrealizowania przy ówczesnej technologii. Prostsze wydawało się zbudowanie mostu. W 1818 roku James Anderson stworzył pierwszy projekt trzyprzęsłowego mostu wiszącego. Problemem projektu był brak uwzględnienia warunków panujących w zatoce. Projekt zakładał budowę mostu żelaznej konstrukcji o masie 2500 ton, który byłby tak lekki, że nie wytrzymałby nieco nawet silniejszego wiatru.

W połowie XIX wieku nastąpił gwałtowny rozwój kolei w Szkocji. Wokół zatoki powstało wiele linii kolejowych, które łączyły najważniejsze miasta. Równocześnie powstawały kolejne pomysły zbudowania mostów przechodzących przez Firth of Forth. W 1850 roku uruchomiono regularne połączenie promowe między Granton a Burntisland oraz kolejne przechodzące przez rzekę Tay na północy.

Chociaż promy były znaczącym ułatwieniem dla podróżujących i transportu surowców, nie rozwiązały problemu transportu dużych ilości surowców. Potrzebne były mosty. Budowa żelaznych mostów była wówczas wyjątkowo kosztowna i trudna do realizacji, jednak z pomocą przyszedł Henry Bessemer, który w 1856 roku opracował technologię konwertorowania, czyli masowej produkcji stali. Nowy materiał był solidniejszy i lepszy do budowy dużych mostów.

Długa droga do wyjątkowego mostu z tragedią w tle

W 1871 roku rozpoczęto budowę mostu kolejowego nad rzeką Tay, na północ od Firth of Forth. Był to żelazny most, którego budowę zakończono oficjalnie w 1878 roku. Niestety mimo ambitnego projektu, most był źle zaprojektowany i 28 grudnia 1879 roku fragment jego konstrukcji zawalił się pod wpływem silnego wiatru. Niestety w tym czasie przez most przejeżdżał pociąg pasażerski, który wpadł do wody. Według oficjalnych danych zginęło 59 osób, ale szacuje się, że liczba ofiar mogła być większa i wynosiła 75 osób. Całą winę za katastrofę zrzucono na konstruktora mostu, Thomasa Boucha.

Gdy doszło do tragedii, Bouch pracował już nad kolejnym mostem, który miał przecinać Firth of Forth. W tej sytuacji przerwano dalsze prace projektowe, aby przyjrzeć się przyjętym założeniom, zwłaszcza w kwestii odporności na silny wiatr. Ostatecznie 13 stycznia 1881 roku projekt Boucha skasowano, a prace nad mostem powierzono nowemu zespołowi inżynierów, w skład którego wchodzili Sir John Fowler, W. H. Barlow oraz T. E. Harrison.

Zespół projektowy miał trudne zadanie do wykonania. Aby sprostać stawianym wymaganiom co do wytrzymałości mostu, trzeba było dokładnie przeanalizować wszelkie możliwości. Pierwszą decyzją było wykorzystanie stali zamiast żelaza do budowy konstrukcji mostu. Kolejną kwestią był wybór rodzaju konstrukcji mostu. Ostatecznie zdecydowano się na kratownicowy most wspornikowy, ponieważ zapewniał on największą stabilność i był możliwy do zbudowania w pobliżu Edynburga. Za tę część projektu odpowiadał Sir Benjamin Baker. W pierwszej wersji zakładano wykorzystanie 42 000 ton stali na samą tylko konstrukcję mostu. Z czasem, po dopracowaniu projektu ilość potrzebnych materiałów wzrosła.

Budowa Forth Bridge

Oficjalnie kontrakt na budowę mostu zatwierdzono 19 maja 1882 roku, jednak zlecenie budowy wydano dopiero 21 grudnia 1882 roku firmie Sir William Arrol & Co., z którą współpracować mieli inżynierowie Sir Thomas Tancred, T. H. Falkiner i Joseph Philips. Ze względu na zapotrzebowanie na olbrzymią ilość stali, jej produkcję zlecono brytyjskiej firmie Frederick and William Siemens  oraz francuskiej Pierre & Emile Martin.

W pierwszej kolejności zadaniem budowniczych było przystosowanie brzegów zatoki Firth of Forth do budowy mostu. Silne prądy i zmieniający się poziom wody w zatoce sprawiały, że cały most należało zbudować wysoko nad lustrem wody, aby uniknąć jego zalania przez fale. W tym samym czasie zaczęto budować osady dla robotników i ich rodzin, wykorzystując zabudowania, które zaczęto tworzyć gdy trwały przygotowania do budowy mostu według projektu Boucha. Kolejnym etapem było stopniowe zwożenie materiałów do budowy mostu. W ostatecznej formie, do prac potrzebne było 55 000 ton stali oraz 110 000 m³ kamieni na podstawy wsporników. Materiały sprowadzano z różnych części Wielkiej Brytanii oraz innych krajów.

Gdy ostatecznie ustalono lokalizacji mostu i rozpoczęciu budowy podjazdów, ruszyły prace nad filarami. Forth Bridge miał być oparty na trzech filarach, z których każdy miał składać się z czterech wsporników. Budowa filarów wymagała wykorzystania kesonów, ponieważ filary budowano głęboko poniżej poziomu wody. Budowę kesonów prowadziła firma Arrol Brothers (niezwiązana z Williamem Arrolem). Pierwszy z kesonów zwodowano 26 maja 1884 roku, a ostatni 29 maja 1885 roku. W trakcie budowy konstrukcji mostu, materiały przewożono barkami, które cumowały u podstaw filarów. Dodatkowo wykorzystywano znajdujący się na środku zatoki zamek Inch Garvie Castle, który zajmował niewielką wysepkę tuż obok środkowego wspornika mostu.

Zakończenie budowy i otwarcie mostu

Prace konstrukcyjne zakończono w grudniu 1889 roku, po czym rozpoczęto zakrojone na szeroką skalę testy wytrzymałościowe mostu. W przeciwieństwie do prac nad mostem kolejowym nad rzeką Tay, tym razem bardzo dokładnie zamierzano sprawdzić wytrzymałość całej konstrukcji. 21 stycznia 1890 roku przeprowadzono próby wytrzymałościowe mostu, w których wzięły udział dwa pociągi składające się z trzech ciężkich lokomotyw i 50 wagonów z węglem każdy. Pociągi wolno przejechały przez cały most, a inżynierowie obliczali odchylenie konstrukcji mostu. Co istotne, kilka dni przed pomiarami zatokę nawiedziła jedna z najsilniejszych wichur w tym regionie. Mimo bardzo silnego wiatru, konstrukcja mostu odgięła się na zaledwie 25 mm, co było znakomitym wynikiem.

24 lutego 1890 roku przez most Forth Bridge przejechał pierwszy pociąg z pasażerami. Na jego pokładzie znajdowali się członkowie zarządów firm, które finansowały prace nad mostem i do których należała zarówno sama przeprawa jak i okoliczne trasy kolejowe. Oficjalne otwarcie mostu miało miejsce 4 marca 1890 roku. Uczestniczył w nim Książę Rothesay, późniejszy Król Edward VII. Co istotne, dopiero 2 czerwca 1890 roku zakończono budowę wszystkich linii kolejowych, które miały połączyć się z nowym mostem.

Forth Bridge w liczbach

W momencie zakończenia budowy, Forth Bridge był najdłuższym kratownicowym mostem wspornikowym na świecie. Dopiero w 1919 roku palmę pierwszeństwa przejął kanadyjski Quebec Bridge. Szkocki most ma 2467 m długości i zawieszony jest na wysokości 110 m nad poziomem wody. Ostatecznie cała konstrukcja ważyła 51 324 tony, chociaż do jej budowy zużyto 55 000 ton stali (po zakończeniu budowy niektóre elementy konstrukcji zlikwidowano i zezłomowano), a do połączenia elementów stalowych wykorzystano 6,5 mln nitów o łącznej masie 4200 ton. Do budowy filarów zużyto 110 000 m³ kamieni, 18 122 m³ granitu i 21 000 ton cementu. Koszt budowy wyniósł 3,2 mln funtów (współcześnie około 444,8 mln funtów). W pracach uczestniczyło łącznie 4600 robotników.

Oficjalnie w trakcie prac zginęło 57 osób, ale w 2009 roku zweryfikowano tę liczbę, wyliczając, że zginęły 73 osoby. Dodatkowymi ofiarami byli robotnicy pracujący przy budowie dojazdów, których pierwotnie nie wliczono w liczbę ofiar budowy samego mostu. W 2019 roku odkryto dokumenty, według których zatajono śmierć 21 osób przy samej budowie mostu. W związku z tym łącznie mogło zginąć nawet 94 robotników. Najwięcej osób zginęło z powodu upadku z wysokości – ponad 38 osób. 9 utonęło, przy czym tyle samo uratowano dzięki kursującym wzdłuż mostu łodziom. Jedna osoba zmarła z powodu choroby kesonowej.

Dalszy los

Forth Bridge szybko stał się symbolem Szkocji. Uznawano go za jeden z ówczesnych cudów inżynierii. W momencie zbudowania była to jedna z największych konstrukcji stalowych na świecie. Dzięki swojemu położeniu, most znacząco wpłynął na rozwój transportu kolejowego wokół Edynburga. W szczytowym momencie około 2006 roku przez most dziennie przejeżdżało do 200 pociągów (sic!). Obecnie na moście obowiązuje limit prędkości wynoszący 80 km/h dla pociągów dużych prędkości, 64 km/h dla pociągów pasażerskich i 48 km/h dla pociągów towarowych.

Przez wiele lat olbrzymim wyzwaniem w utrzymaniu mostu było jego malowanie. Proces ten trwał cały czas, ponieważ gdy zaczynano malowanie na jednym końcu, po dojściu do drugiego trzeba było zaczynać od nowa. W latach 2001-2011 Forth Bridge pomalowano nowym rodzajem farb, które są znacznie bardziej trwałe. Dzięki temu nie trzeba go już cały czas malować. Według wyliczeń farba ma wytrzymać nawet 20 lat. Co ciekawe, do pomalowania całej stalowej konstrukcji mostu, która ma powierzchnię 255 000 m² potrzebne było 240 000 litrów farby.

Dzięki solidnej konstrukcji, Forth Bridge będzie zapewne służyć jeszcze przez długie lata. Chociaż początkowo jego właścicielem było kilka firm, obecnie należy całkowicie do firmy Network Rail Infrastructure Limited. Odpowiada ona za konserwację konstrukcji i jej bieżące utrzymanie.

Warto dodać, że dopiero w 1964 roku otwarto pierwszy most drogowy na Firth of Forth, którym jest Forth Road Bridge. W 2017 roku otwarto drugi most drogowy – Queensferry Crossing.

Źródło zdjęć: Depositphotos.com