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Tay Rail Bridge - Wikipedia

現在のテイ鉄道橋: Google map の衛星写真 フォト・スフィア、 (すぐ東に最初のテイ鉄道橋の橋脚の跡が見える)

テイ鉄道橋 (Tay Rail Bridge)

テイ鉄道橋はスコットランドのテイ湾を横切って鉄道本線を通し、 ダンディ市 (Dundee) とファイフ (Fife) のウォーミット (Wormit) の郊外を接続している。

スコットランド、ダンディー市の
テイ橋、ダンディー・ローから見る。
スコットランドにおける位置

現在の橋はこの場所における 2 番目のものである。

およそ 1854 年頃から、初期の鉄道フェリー (train-ferry) の代わりにテイ湾を横断する橋の計画があった。 最初の橋は 1878 年に開通し、単線の格子デザイン -- 軽さと低コストで著名 -- であった。 橋は 1879 年 12 月 8 日に強風で突然に崩壊し、工学的な大惨事の 1 つとなり、 その原因は今日でもいまだに議論がある。

第 2 の橋は複線で、鉄と鋼で建造され、1887 年に開通した。 2003 年の (橋を) 強化し、一新する計画は工事の大きさと困難さが認められ、 重大な賞を受領した。

  1. 最初のテイ橋
  2. 第二の橋
最初のテイ橋

元々のテイ橋は著名な鉄道技術者のトーマス・バウチ (Thomas Bouch) により、 デザインされ。橋の完成後ナイトの称号を受領した。 橋は格子グリッド (lattice-grid) のデザインで、 鋳鉄と錬鉄を結合した。 このデザインはよく知られたもので、 最初はクラムリン高架橋 (Crumlin Viaduct) でケナード (Kennard) により、1858 年に使用された。 これは 水晶宮における革新的な鋳鉄の使用の後であった。 しかしながら水晶宮は鉄道橋ほど荷重 (load) が大きくなかった。 これ以前の鋳鉄のデザインはディー橋 (Dee bridge) で、これは 1847 年に崩壊し、 鋳鉄の貧弱な使用により壊れた。 後に ビュスターヴ・エッフェル (Gustave Eiffel) は 中央高地 (マッシフ・セントラル、Massif Central) の幾つかの大きな高架橋を建造するために類似のデザインを使用した (1867 年)。

訳注
格子グリッドとか格子ガーダーの呼称が使用されていますが、 格子トラス橋のほうが一般的な呼び方ではないかと思います。

テイ湾を横断する橋の提案は少なくとも 1854 年にさかのぼる。 ノース・ブリッジ鉄道 (テイ橋) 議会法は 1870 年 7 月 15 日に王室の同意を得、 基礎の石 (foundation stone) が 1871 年 7 月 22 日に置かれた。

デザイン構想

元々のデザインは格子ガーダーで、岩盤に置かれたレンガの橋脚で支えるものであった。 試験ボーリングによって、岩盤が川の下の深くないところにあることがわかっていた。 橋の両端では単線は橋のガーダーの頂上を走り、 従ってガーダーは、その大半が橋脚の頂上の下に設置された。 橋の中央区間では鉄道は橋のガーダーの中を走り (高いガーダー)、 ガーダーが橋脚の頂上の上を走り、帆船が川を遡上する時に (例えばパース (Perth) に向かう時に) 通過できる余地を与えた。 熱膨張に適応するために、ガーダーと橋脚の間には剛接合 (rigid connection) がほとんどなかった。

橋が川の中に延長されるのにつれ、岩盤が実はずっと深くなり、 深すぎて橋脚の基礎に使用できないことが判明した (1873 年 12 月)。 橋はすばやくデザインし直された。

彼は橋脚の数を減らし、それに応じてガーダーのスパンを増大した。 橋脚の基礎は最早、岩盤まで降ろすことがなく、 その代わりにレンガで裏打ちをした沈み込む錬鉄製のケーソンを川床に建設し、 砂を除去して、ケーソンが固められた砂利の層に達するまで続け (この砂利の層が岩盤と間違えられて報告されていた)、次にケーソンをコンクリートで満たした。 ケーソンの下の大地が支えなければならない重さを軽減するために、 レンガの橋脚の代わりに、開放格子の鉄の骨格橋脚が使用された (各橋脚には複数の鋳鉄製の柱が橋のガーダーの重さを支え、 錬鉄製の水平補強材 (horizontal brace) と斜めの結合棒 (diagonal tiebar) で橋脚の柱を接続し、 剛性と安定性が与えられた)。 基本的な考えはよく知られたもので、サウス・ウェールズのクラムリン高架橋でケナードにより 1858 年に始めて使用された。 バウチはスタインモア越えのサウス・ダラム&ランカシャー・ユニオン鉄道で複数の高架橋 (著名なものにビーラ高架橋 (1860 年) がある) に使用した。 しかしテイ橋の場合には使用可能な最大のケーソンの理由から、 橋脚の大きさはケーソンにより随分と制約を受けた。 バウチの橋脚のデザインは 6 基の柱を 6 角形に配置した。 これは橋脚の幅を最大にしたが、 横からの力に抵抗する斜めの支柱の量を最大にしなかった。

訳注
サウス・ダラム & ランカシャー・ユニオン鉄道は ストックトン・ダーリントン鉄道の傘下にあった鉄道です。 ストックトン・ダーリントン鉄道/スタインモアを越えてに登場します。
クラムリン高架橋 ビーラ高架橋 テイ橋
技術者 (開通年) ケナード (1858 年) バウチ (1860 年) バウチ (1878 年)
1 スパンの長さ 120 ft (36.6 m) 60 ft (18.3 m) 245 ft (75.3 m)
橋脚の高さ 170 ft (51.8 m) 180 ft ( 54.9 m) 83 ft (25.3 m)
橋脚の幅 (頂上) 30 ft (9.1 m) 22 ft (6.7 m) 19 ft 10 in (6.0 m)
橋脚の幅 (基底部) 60 ft (18.3 m) 48 ft (14.6 m) 21 ft 10 in (6.7 m)
橋脚ごとの柱の数 14 (1-3-3-3-3-1) 6 (2-2-2) 6 (1-2-2-1)
柱の節の数 10 11 7
斜めの結合棒の数 180 88 28
運命 取り壊し 1966年-1967年 取り壊し 1963 年 崩壊 1879 年
デザインの詳細

テイ橋の工学上の詳細はより以前の高架橋よりも、随分と単純で、軽く、安上がりであった。 これらにおいて、機械処理した柱の節の基底部は、下の機械処理した柱の節のより大きな頂上部にしっかりと挿入された。 継ぎ目は、クラムリンの場合には突出部 (lug) の適合する穴、 ビーラの場合にはフランジ (flange) の適合する穴をボルトで固定した。 この差し込み継手 (bell-and-spigot joint) の方法はテイ橋の幾つかの橋脚の柱で (明らかに機械処理せずに) 使用された。しかし、幾つかにおいては正しく配置されるようにボルトが使用された。 (この場合には、結合部には小さすぎるボルトが使用された。 これにより柱を組み立てる時に、より大きなゆとりが生まれるが、 当初組み立てる時には柱の接合部は正確に配置されず、後で接合部で作業すれば、柱を弱めることになる。)

訳注
柱はパイプをつなぎ合わせて作っています。一番よく目にするパイプの接合方法はパイプに輪縁 (フランジ) を付けて、 輪縁同士をボルト付けする方法です。川を横断する水道管にこのような接合方法が見られます。

テイ橋では、斜め方向の支えは柱の節のトップの突起部 (lug、柱の鋳造で一体化されている) から斜め方向の、ボルト付けされた 2 枚の吊り板に至る平坦な棒に依存していた。 棒と 2 枚の吊り板には一致する縦方向のスロット (slot) があった。 3 つのスロットが揃えられ、ギブ (gib) が 3 つのスロットを通り抜けて固定された。 2 つのコッター (cotter, 金属のくさび) がスロットの重なりに埋めるように配置され、 強く打ち込んで結合にテンションを持たせた。 水平の支えは (錬鉄の) 溝形鉄 (channel iron) により提供された。 色々なボルトの頭が、互いに、そして柱に余りに密接しており、スパナで簡単に締め付けることができなかった。 これに加え、溝形鉄 (channel iron) の支えの準備で精密さが欠如したため、 現場での適合処理 (fitting expendient) につながった。 (これらの 1 つの状況が、調査委員会の証人により 「私の生涯でかって見た中で、ほぼ最もだらしのない仕事」 として述べられた。)

訳注
  1. スロットは自動販売機の硬貨の挿入口のようなもの。上の場合は上下方向に口が開いている。
  2. ギブは鉄の板で、スロットに挿入して (折り曲げて) 固定する。 (ボルトとナットの廉価版)
  3. 溝形鉄とは断面が となっている板。

しかしながら、クラムリンとビーラの高架橋の場合には、水平の支えは 随分適合した鋳鉄のガーダーが確実に柱に装着することで提供され、次に斜めの支えがガーダーに装着された。 事故調査委員会の委員長は当時の本で長々と引用し、 ビーラ高架橋の橋脚の工学的詳細を誉めた (そして高架橋がこの種のものとしては、 かって建設されたものとしては、最も軽く、最も安いものとして述べた):

この高架橋の特徴となる造作は、 この橋脚の斜めガーダーが柱を取り囲み、 この時点で柱が上を向き、非常に精密に適合するようにガーダーに穴が開けられている。 セメントの類は一切使用されておらず、完成した橋脚と垂直と水平の錬鉄製の緊張した支えは、 ほとんど一体化したように硬化している。

組立はこのために特別にデザインされた機械で、すべて実施され、数学的精密さで完成している。 柱の (節の) フランジは上を向き、縁が回転させられ、 すべての柱 (の節) はその下の節におよそ 5/8 インチの深さで縁が組み込まれ、 縁とその受けは実際は回転して穴が開けられた。 横の支えが節に接地する部分も回転されていた。 これらの全作業は一度にされ、節は中空な旋盤マンドレル (mandril-lathe) でセンター出しをした。 回転してから節は穴あけ機械に手渡され、フランジの全ての穴は同時に穿孔された。 そして、これは全て同一の機械でされたため、 節を組み立てて柱にする時に、無論穴は完全に一致した。 横の支えに関しても類似な注意が払われ、この目的のためにデザインされた機械の端で穴が開けられた。 従って、高架橋の部品が組立場所で一緒になった時に、 工具が本当に必要ではなく、 作業中に削り取ったり、詰物をすることに手間取ることがなかった。

委員長が述べたことは:ビーラ高架橋が技術過大であるか、テイ橋が技術過小であるかのいずれかである。

建設

バウチがデザインを変更中に建設契約をした会社は倒産し、 契約はホプキン・ギリクス社 (Hopkin Gilkes and Company) に手渡された (1874 年 6 月)。 この会社はビーラ高架橋の鉄製品を作ったミドゥルズブラ社 (Middlesbrough Company) の後継会社であった。 ギルクスは元々ティーズサイド (Teesside) で、橋のすべての鉄製品を作るつもりであったが、 結局ウォーミット (Wormit) の鋳造所で鋳鉄部品を製造し、 鋳造後の限定された機械処理を実施し続けることになった。

デザインの変更は経費を上げ、必然的に工事を遅らせることになり、 高いガーダーの 2 つが 1877 年 2 月に定位置に持ち上げる時に落下して、 更に事態が激しくなった。

落下したガーダーを取り除き、新しいものを建造して、橋脚を再び持ち上げる必要があった。 これにより、9 月に列車を通過させる完成に向けての予定に深刻に干渉する恐れが生じた。 10 基の 245 フィート・スパンの中で 6 基を浮かべて持ち上がるのに、 今やたった 8 ヶ月しかなくなった。 7 基の 145 フィート・スパンの中の 5 基も同じ工程を経る必要があった。 7 基の大きな橋脚と 3 基の小さな橋脚もまだ建設する必要があった。 定位置に設置しなければならない鉄の重量は 2,700 トンであり、 これをすべて 8 ヶ月ですることは信じられないように思われた。 良い結果が出るかどうかは天候次第だが、これは望ましいとは到底言えなかった。

これにもかかわらず、最初の蒸気機関車は 1877 年 9 月 22 日に橋を通過し、 1878 年の初頭に完成した時はテイ橋は世界で最長の橋となった。 市を訪れている最中に、 ユリシーズ S. グラントは 「小さな市に大きな橋だ」 と論評した。

検査と開通

すべての英国の橋と同じように、 テイ橋は客車を通す前に交易委員会 (Board of Trade) の検査を受けた。 検査は 1878 年 2 月 25 日 - 27 日に実施された。 鉄道検査官のハッチンソン少将 (Major General Hatchinson) は 245 フィート橋のゆがみを計測し、重い機関車による 1.5 トン/フィート (5 トン/m) の分布荷重の下で (40 mph (65 km/h) までの速度で) 2 インチ (50 mm) 以内であった。 「この結果は私の考えでは十分である」 と彼が報告をした。 横の振動 (おおまかにはリズミカルな左右の動き) は機関車が通り抜けた時に セオドライトで観測し、非常にわずかであった。 橋は全体として非常に強固であることがわかった。 彼は幾つかの補修的な工事を要求し、 橋での速度制限を 25 mph とすることを 「勧告」 した。 (ハッチンソンは後に事故調査委員会に説明したことによると、 速度制限を勧告したのは、橋脚の先細りが最低であったからである。) 検査報告は次のように追加している: 「... この場所を訪問することがあれば、私はこれを望むし、また可能であれば、 車両が橋を通過する時の強風の影響を観測する機会を持ちたい。」

元々のテイ橋
1879 年の崩壊前

橋は 1878 年 6 月 1 日に乗客輸送用に開通した。 形式的な開通式は前日にあり、その最中に、橋の技術者としての称賛に値する貢献に関わって、 トーマス・バウチはダンディー市の市民にされた。 翌年 (1879 年 6 月 20 日) に、 ビクトリア女王は バルモラル (Balmoral) から南に帰る時に橋を横断した。 バウチは女王がするよりも先に、女王に紹介され、 1879 年 6 月 26 日に ウィンザー城でナイトの称号を授与された。

破局的な崩壊

1879 年 12 月 28 の晩の PM 7:15 に、 中央区間が冬の強風で壊れ、橋が崩壊した。 橋の崩壊時には、75 名の乗客と乗務員を乗せた 6 両編成の列車が橋を横断中で、 これが氷で覆われたテイ川に突っ込んだ。 75 名全員が失われた。大災害は国中を唖然とさせ、 ビクトリア時代の工学界に衝撃が走った。 これに続く調査委員会により、橋が強風に耐えられないことが明らかとなった。 その時点で風力が 10 から 11 (ビューフォート風力階級 (Beaufort scale)、 55-72 mph/時速 80-117 km) の強風が テイ川河口を鉄道に直角に吹き降ろしていたと思われる。 蒸気機関車 (ノース・ブリティッシュ鉄道 no.224) は川から引き揚げられ、 復元されて鉄道の任に就いた。 たった 19 ヶ月前に開通し、 交易委員会により安全とされた橋の崩壊は、 今でも英国で最も悪名の高い、橋の大惨事である。 大惨事は 「テイ橋の大惨事」 -- ウィリアム・マッゴナガル (William McGonagal) の最も良く知られた詩の一つ -- で記念されている。 ドイツの詩人のテオドール・フォンターネ (Theodor Fontane) は大惨事の 10 日以内に彼の有名な詩 Die Brück’ am Tay (テイ川の橋) を書いた。

橋の崩落 落下したガーダー、テイ橋

元々の橋脚の切り株が。満潮の時でさえ、テイ川の川面に今でも見ることができる。

第二のテイ橋の北の区間、元々の橋の橋脚の切り株がテイ川の上に覗いている。
第二の橋

新しい複線の橋がウィリアム・ヘンリー・バーロー (William Henry Barlow) によりデザインされ、 ウィリアム・アロル社 (William Arrol & Co.) により、元々の橋の 18 m (59 フィート) 上流に平行して建設された。 橋の提案は 1881 年の 7 月に正式なものとなり、 基礎の石 (foundation stone) が 1883 年 7 月 6 日に置かれた。 建設に必要であったものは: 25,000 トン (28,000 英トン) の鉄・鋼、 70,000 トン (77,000 英トン) のコンクリート、 1000 万個のレンガ (重さでは 37,000 トン (41,300 英トン))、 そして 300 万個のリベットであった。 14 名が建設時に命を落とし、大半が溺死であった。

訳注
14 名の犠牲者があったことは現在の感覚からは信じられないくらい多い人数ですが、 1960 年代の日本の土木工事ではとても犠牲者が多く、その時点で考えれば、 この数値は信じられないくらい少ない数値です。従って 1960 年代の日本の土木工事は 1880 年代の 英国の土木工事に遅れを取っていた。日本での進展はそれ以後にある。

第二の橋は 1887 年 6 月 20 日に開通し、その後継続して使用された。 2003 年に、橋を強化して、一新する £2085 万のプロジェクトが 「英国建設産業の土木工学賞」 を授与された。 これは関連する驚異的な規模とロジスティックスの理由からであった。 1000 トン (1,100 英トン) 以上の鳥の糞を橋の鉄格子から、 手工具でこすり落とし、25 kg (55 lb) の袋にしまった。 10 万個以上のリベットが取り除かれ、交換された。 すべての工事は湾上に、高く (天候に) さらされる場所で実施され、 湾には速い潮があった。

テイ橋とウォーミットの信号扱い所 1910 年の鉄道清算所の
ジャンクションの図式。テイ橋と
接続された鉄道が見え、テイポート
とブローティ・フェリーを接続する
鉄道フェリーも見える。
夕闇に、元々の橋の切り株の 1 つの
輪郭が日に照らされた湾に見える。

機関車の 重連運転は橋の横断で禁止され、 連続する機関車は少なくとも 60 フィート (18 m) の障壁車両を使用して分離しなければならない。