Об истории туннелей. Часть 5-1
Древний Рим. туннели для водоснабжения.
Рис 22. Схема строительства и некоторые данные длиннейшего римского туннеля для акведука - длиной 106 км (94+11+1)! Открытый совсем недавно (2004) немецким инженером Матиасом Дорингом в горах между Иорданией и Сирией, туннель-акведук Гадара сильно раздвинул наши представления о проектах античности. Кстати, сам этот акведук возник не на пустом месте, а продолжал предшественника акведук древних греков, построенный для снабжения водой Декаполиса. Более подробно об этом далее, в тексте.
Рисунок из журнала «Шпигель»
В древнеримской империи многие строительные проекты приобрели действительно имперский размах, в том числе и те, которые касались строительства туннелей. Что логично: империя может сконцентрировать средства и силы на нужных ей проектах.
Можно отметить как тенденцию увеличения сложности задач, так и достигнутого мастерства. Прежние направления туннелестроительной деятельности, конечно, сохранились, но появились и новые ответвления и решения. Кстати, появились и свои неудачи.
Но попробуем подойти к теме систематически, рассмотрим отдельные направления. Начнем с водоснабжения, старейшего и самого нужного направления, развивающего достижения предшественников.
Особенностью строительства городов римлянами было то, что они с самого начала стремились решить вопросы их обеспечения свежей водой, не полагаясь лишь на местные источники. Так, несмотря на то, что в Риме течет Тибр, и была возможность рыть колодцы, римляне вели к городу воду из нескольких источников в горах 11 акведуками, понимая, что загрязненная вода (а она такова в большом городе всегда) вызывает болезни. Образцом для строительства систем водоснабжения им послужили достижения предшественников - древних греков и этрусков. Те, в свою очередь, опирались на минойские образцы. Римом дело строительства акведуков не ограничилось
Результат был более, чем впечатляющим, достаточно взглянуть на карту акведуков Римской империи (рис. 23). Существует исследовательский проект APRA - Atlas Project of Roman Aqueducts, который ведут Cees Passchier, Driek van Opstal, Wilke Schram из университетов Утрехта и Майнца. Карта эта составлена в рамках проекта.
Рис. 23. Карта акведуков Римской империи. На данное время известно почти 800 акведуков (если точно, то в базе данных проекта APRA их 794), римских и греческих, большая часть которых была построена с 300 г до нэ и до 400 г. Нэ. Единство Римской империи обеспечивалось дорогами, мостами, возможностью использовать другие достижения римлян, в частности, систему водоснабжения /Кликнув на карту, можно увдеть ее в большем разрешении/.
С технической точки зрения, туннели были не всегда обязательной, но часто необходимой частью акведука (рис. 24). 80% акведуков имели подземные участки, и частью эти туннели были выкопаны, оборудованы и засыпаны слоем земли, а частью они были пробиты в горной породе. То есть туннелей было не менее 600, десятки и сотни были проведены на глубине.
Рис. 24. Схема частей акведука, приспособленных к местности. © 2004 W.D. Schram
Длина подземных участков акведуков варьировала от десятков метров до десятков километров, самый длинный участок был в вышеупомянутом акведуке Гадара (рис. 22), длиной 95 километров, заметно превосходящий в этом отношении акведук в Болонье (18 000 м). Подробней о проекте Гадара можно прочесть в русском переводе, а верней, вольной компиляции статьи из Шпигеля[i]
Обычное сечение прохода в туннелях Гадара было 2,5 метров в высоту и 1,5 метра в ширину, но в некоторых местах и выше. (рис 25). Стены во многих обмазаны раствором (увы, я пока не нашел анализа, использовали ли и здесь пуццолан в качестве компонента раствора). Для одновременной пробивки было сделано около 3000 боковых и вертикальных шахт (оценочно). В некоторых местах туннель залегал на глубине до 80 м. Вынуто было 600 000 куб метров грунта и породы, чаще известняка, но иногда и более твердой. Понятно, почему работы растянулись примерно на 120 лет: Строить туннель начали при императоре Домициане, то есть около 90 года, а закончили около 210 года, то есть при Септимии Севере.
Рис. 25. Расчетный объем работы в туннеле Гадара - 5000 кубов в год в среднем.
При всей сложности затеянной римлянами работы, поражает ее точность: Доринг сообщал, что на участке 60 километров тоннеля поддерживаемый строителями уклон равен 30 см/километр. И проект был осуществлен и доставлял большое количество воды в 3 города Декаполиса (пишется про скорость 700 литров в секунду). Как при одновременном строительстве множества участков, не имея тех геодезических приборов, которые имеем мы, можно достичь такой точности? Кто ее обеспечивал, какие геодезисты того времени, где они обучались и кто контролировал и вел их работу? Это самые интересные вопросы, как мне кажется.
Хотя мы и знаем, что в античности приборы для геодезии уже были изобретены[ii],[iii], в частности, такие, как диоптра греков, иззобретение Гиерона Александрийского (рис. 26), либра и грома римлян, хоробастер - стол-уровень, перенятый у персов (рис. 27), но все равно, практика применения выглядит впечатляюще, и вопрос обучения остается.
Рис. 26 Диоптра Гиерона Александрийского демонстрирует вклад научного и технического наследия Древней Греции в последующие развитие строительства в Древнем Риме.
Рис. 26 Хоробастер.
Доринг пишет, что грандиозный проект осуществили легионеры. С точки зрения советской терминологии, легион выступил в данном случае в роли стройбата, но уж очень не по-советски квалифицированного. Собственно, мы и так знаем, что легионы строили мосты, дороги и акведуки, хотя, скорей всего, за ними была организационная часть работы, потому что проектов было много, а рабочие руки доставляли войны в виде рабов.
Возникает искушение сравнить строительство подземной части акведука Гадара с современными проектами, например, с Красноярским метро. Строят его с 1994 года, на глубинах сопоставимых - от 40 до 80 метров, современной техникой, типа проходческого щита, имеют в распоряжение заводы, бетон, специальные блоки для обкладки стен, подъемники, транспорт. За 15 лет, к маю 2008 года, там прошли примерно 350 000 породы, освоив 4,8 млрд. рублей, сделав 3 км туннелей. Прикинем еще раз - размеры тоннеля 8 х 6 метров, если я не ошибаюсь, это примерно 140 000 куб. метров породы.
Финансовое обеспечение проекта. В Красноярске живет около 1 млн. человек, в Гадаре жило 50 тыс. человек, в двух других не более того. Но за проектом стояла и Римская империя. Впрочем, и проект в Красноярске в основном идет за счет средств федерального бюджета. На строительстве метро в Красноярске работает, кстати, «600 квалифицированных специалистов». Думается, что в Палестине столько квалифицированных специалистов не было, а рабов было немало, несколько тысяч.
Честно говоря, начинаешь задумываться, в самом ли деле труд в рабовладельческом Древнем Риме был так уж неэффективен? В том смысле, что работа кайлом или зубилом, конечно, не может быть так производительна, как работа чуда техники - проходческого щита, но вот по части организации труда и умения оперировать финансами, у римлян явно было неплохо, и Красноярское метро, имей они современную технику, могли б ввести в эксплуатацию существенно быстрей, чем наши современники.
Но, собственно, и египетскую пирамиду построить нашим современникам, и даже западным, было бы непросто: я встречал сети астрономические суммы, которое потребовало бы такое строительство сегодня.
Продолжая сравнение с метро, можно взять еще и станции, то есть подземные камеры большого объема, и сопоставить им опять же взять подземные резервуары римлян, бывшие иногда частью их акведуков. Самый большой из сохранившихся резервуаров римлян - Piscina Mirabilis, Кумы у Неаполя, часть 100-км акведука Aqua Augusta, идущего к Неаполю от Серино (рис. 27). Правда, в Византии 6 века был устроен резервуар в 7 раз больше, но об этом позже.
Рис. 27. Piscina Mirabilis, один из крупнейших водных резервуаров античности. Фото ©S. Piras. Резервуар вытесан в вулканическом туфе, размеры 15 м высотой, длиной 72 метра, шириной 25 метров, объем 12. 000 куб. метров .
Строительство акведуков и подземных туннелей для них приобрело в Римской империи характер строительной рутины, но, снова возвращаясь к вопросу квалификации их строителей, можно говорить о том, что в древнем Риме существовало нечто вроде аналогов наших учебных заведений для строителей. Вопрос это малоисследованный, но интересный. Рассматривая далее туннели для иных целей, можно будет поговорить об этом.
[i] http://www.membrana.ru/print.html?1238070480
[ii] http://www.romanaqueducts.info/introduction/index.html
[iii] M. J. T. Lewis Surveying Instruments of Greece and Rome Cambridge University Press, 2001