Опыт минного дела
Если дно неровное — как добиться, чтобы труба не повторяла его изгибы, а шла на одной и той же глубине по всему своему протяжению (кроме концевых участков, изогнутых для выхода на сухопутные участки)? Как отмерить длину каждой растяжки соответственно её месту на донных скалах и ямах?
По счастью, эту задачу решили ещё в конце XIX века — при разработке способов постановки морских минных заграждений. Конструкций придумано много. Опишем самую простую и надёжную, прижившуюся на флотах всего мира. Сама мина обладает достаточной плавучестью, чтобы удерживать ещё и длинный трос. Катушка с этим тросом прикреплена к якорю — грузу, достаточно тяжёлому, чтобы утащить мину под воду. Подпружиненный стопор катушки оттянут в сторону подвешенным к нему на тонком тросике отдельным грузом. Длину этого тросика отмеряют при подготовке мины к постановке. Когда всю систему сбрасывают в воду, трос с катушки свободно разматывается, мина остаётся на поверхности, а якорь погружается. Как только вспомогательный груз коснётся дна, стопор фиксирует катушку, и якорь утягивает мину под воду (и только там растворяется её предохранитель, приводя её в действие). Понятно, глубина её погружения зависит только от длины тросика при стопорном грузе.
Правда, вантовая конструкция должна включать не только вертикальные тросы, но и наклонные — иначе подводное течение, уводя трубу вбок, по законам геометрии опустит её глубже расчётного уровня (для минных заграждений этот эффект незначителен, ибо парусность сферической мины невелика). Значит, надо погружать одновременно несколько якорных грузов, соединённых горизонтальными распорками — тогда тросы наклонятся как нужно. Конечно, такое решение годится только при сравнительно малом — не более нескольких десятков метров — расстоянии от дна до трубы. Но в проливе Лаперуза труба должна проходить именно таким образом. Для прокладки «Южного потока» в Чёрном море, где вряд ли целесообразно заглублять трубу на пару километров, понадобится большее — в сотни метров — расстояние от якорей до плоскости пролегания трубы и соответственно более сложная система спуска грузов, но и эта задача поддаётся решению (в крайнем случае можно уточнять положение каждого груза при помощи глубоководного обитаемого аппарата).
Устойчивая конструкция
Готовя этот раздел книги, мы изучили многие существующие вантовые мосты, познакомились с проблемами в ходе их строительства и эксплуатации. Даже испытали серьёзный соблазн включить часть изученных нами материалов в эту книгу в качестве справок для читателей. Но всё же воздержались от него потому, что практически все узнанные нами осложнения связаны с одной и той же причиной, отсутствующей в предлагаемом нами варианте.
Мы уже отмечали: стенка трубы, обжимаемой снаружи, должна быть куда толще стенки трубы, распираемой таким же давлением изнутри. Это — проявление общей закономерности: достаточно тонкая конструкция хуже выдерживает сжатие, нежели растяжение. При сжатии она может изогнуться — и от изгиба сломается. Причём для изгиба хватит малейшей неточности изготовления, неоднородности материала, несимметричности нагрузки…
Во избежание неустойчивости приходится увеличивать толщину конструкции. Чтобы не наращивать массу, её обычно выполняют пустотелой: с поперечным сечением в виде буквы О — труба, П — швеллер, Т — тавр, Н — двутавр. Но стенки таких профилей сами сравнительно тонкие — значит, тоже не очень устойчивые. В конце концов приходится делать толщину стенок — значит, общую массу — куда больше, чем при равной растягивающей нагрузке.
Вантовый мост состоит в основном из растянутых элементов. Но сами ванты крепятся к высоким стойкам и своим натяжением сжимают их. В этих-то стойках — основные сложности. Их приходится делать сложными по форме, усиливать от боковых нагрузок, защищать от вибрации (она также снижает устойчивость конструкции)… Словом, стойки — самая уязвимая часть вантовых систем.
Подводная вантовая система крепится ко дну просто грузами (их можно дополнительно зафиксировать сваями, углублёнными в дно — но это нужно только для защиты от сноса грузов вбок). В ней нет сжатых элементов: всё работает только на растяжение. Никакой неустойчивости. Никакой избыточной массы.
Расширение решения
Всё та же теория решения изобретательских задач предписывает, найдя выход из противоречия (по этой теории как раз противоречие между разными требованиями к одной и той же конструкции вынуждает изобретать), поискать дополнительные применения этого выхода. Один из них мы уже указали выше — прокладка по той же технологии трубопроводов на других направлениях. Но не надо ограничиваться этим очевидным вариантом.
Внутри труб (и основной газовой, и вспомогательной, обеспечивающей плавучесть) можно прокладывать дополнительные коммуникации — от оптоволоконных кабелей связи (они обеспечивают наивысшую скорость передачи информации) до высоковольтных или сверхпроводящих линий электропередачи (после запуска Семипалатинского энергокомплекса из стратагемы 1 Японии будет куда проще получать электричество оттуда, чем сжигать газ в топках собственных ТЭС, так что газ ей понадобится только для бытовых нужд и химической промышленности). Можно там запустить даже дополнительный транспорт — тележки с капсулами для малогабаритных грузов.
Но главное — по сходной технологии можно построить трубопроводы диаметром уже не полтора метра, а в несколько раз больше — достаточные, чтобы в них перемещались обычные транспортные средства вроде железнодорожных вагонов или дальнемагистральных грузовиков. Увы, устойчивость такой трубы уже нельзя поддерживать наддувом изнутри: далеко не любая техника нормально работает при высоком давлении, да и людям тяжко придётся. Без специальной подготовки можно выдержать всего 2–3 атмосферы, то есть погружать трубу не глубже пары десятков метров. Далеко не везде этого достаточно: труба будет мешать судоходству, да и штормы до неё дотянутся (а, скажем, в Керченском проливе такой переход вовсе не проложить: в самом глубоком месте всего 18 метров). Придётся наращивать толщину стенок. Лучше всего — оребрять их изнутри и снаружи, чтобы готовая конструкция напоминала облицовку тоннеля метро глубокого залегания. Вероятно, такая система станет жизнеспособна только будучи сделана из современных высокопрочных пластмасс — а они пока многократно дороже металлоконструкций. Тем не менее прорабатывать такие конструкции пора уже сейчас. А подробности — уточнять по мере эксплуатации газопровода в проливе Лаперуза и «Южного потока».
Министерство транспорта РФ уже проектирует железнодорожные переходы через Татарский пролив — с материка на Сахалин — и через пролив Лаперуза — с Сахалина на Хоккайдо. Очевидно, комплексное решение, включающее все виды транспорта (от газопровода до железной дороги), будет куда выгоднее нескольких раздельных структур. А глубина пролива Лаперуза позволяет создать там плавучий подводный тоннель с внутренним воздушным подпором (до 3 атм: надводные корабли заведомо пройдут над ним, а подводные лодки смогут проскочить ниже) и поэтому достаточно лёгкий и легко создаваемый.
Полагаем, подводные вантовые сооружения могут найти применение во множестве мест и совмещать самые разные грузо— и пассажиропотоки.
