Рельсы были двухголовые, укреплялись с помощью клиньев в чугунных подушках, которые прикреплялись к шпалам длиной 3 м нагелями. Длина рельсов была различной — от 3,7 до 6,9 м. Балласт состоял из слоя булыжника и слоя щебня общей толщиной 45—50 см. Наибольший уклон на дороге был 2%о. Ширина колеи первоначально была 6 футов (1829 мм).
Большим шагом вперед в развитии железнодорожного дела, в том числе и железнодорожного пути, явилось строительство в 1842—1851 гг. линии Петербург — Москва протяженностью 651 км. На линии впервые были применены широкоподошвенные рельсы массой (1 м) 29 кг (линейная плотность 29 кг/м), длиной 5,486 м и высотой 89 мм; балластный слой имел толщину 0,5 м на насыпях и 0,8 м в выемках и состоял из двух слоев: верхнего — из гранитного щебня толщиной 18 см и нижнего — песчаного или гравийного. В процессе строительства подрядчики стали применять только песчаный балласт.
Ширина колеи по настоянию П. П. Мельникова и других русских инженеров была установлена 5 футов (1524 мм). Мельников подчеркивал, что в пользу господствующей за рубежом колеи шириной 1435 мм «нет никаких убедительных доводов», колея в 1829 мм поведет к бесполезному перерасходу материалов, а грузоподъемность вагонов не повысится.
Одновременно с развитием железнодорожного строительства развивалась и наука о железнодорожном пути. Инженер П. П. Мельников в 1835 г. предложил формулу для расчета рельсов с учетом влияния подвижной нагрузки. Воздействия подвижного состава на путь были исследованы профессором К. Ю. Цеглинским в 1903 г. в труде «Железнодорожный путь в кривых». Большой вклад в расчеты пути на прочность внес академик Н. П. Петров.
Отечественные специалисты вели большие работы по созданию новых конструкций, совершенствованию науки о железнодорожном пути. Однако в условиях царской России многие их начинания не находили должной поддержки, поэтому железнодорожный транспорт в царской России был технически развит слабо.
В 1913 г. протяженность сети железных дорог в современных границах нашей страны составляла 71,7 тыс. км. Размещены они были крайне неравномерно. Основная часть сети (83%) находилась в европейской части страны. В Сибири, Казахстане, Средней Азии и на европейском Севере было проложено очень мало железных дорог. В пути лежали рельсы легких типов массой (1 м) 30 кг, непропитанные шпалы, песчаный балласт. Локомотивный парк состоял в основном из маломощных паровозов (550— 650 л. с.), вагонный грузовой парк — из двухосных вагонов средней грузоподъемностью 15,2 т.
В 1931 г. было решено усилить верхнее строение пути, в том числе начать внедрение щебеночного балласта. Предусматривалось введение мощных локомотивов, большегрузных вагонов с автосцепкой и автотормозами, оборудование линий автоблокировкой.
В период до Великой Отечественной войны был построен ряд важных железнодорожных линий, в том числе Туркестано-Сибирская магистраль (1452 км). Грузооборот железных дорог в 1940 г. превысил уровень 1913 г. в 5,4 раза.
Поступательное развитие железнодорожного транспорта было прервано в 1941 г. В годы Великой Отечественной войны железнодорожный транспорт, имея необходимое техническое оснащение и квалифицированные кадры, успешно обеспечивал основные потребности в перевозках, как фронта, так и тыла.
В ходе Великой Отечественной войны и в период первой послевоенной пятилетки были выполнены большие работы по восстановлению железнодорожного транспорта. Было восстановлено 85 тыс. км главных путей, большое количество мостов, станций, линий связи и других сооружений.
В послевоенные годы наряду со строительством новых железнодорожных линий проводились большие работы по усилению пути. Начали прокатываться на отечественных заводах и уклады даться в путь рельсы тяжелых типов (Р50, Р65), внедрялись железобетонные шпалы, бесстыковой путь.
Протяженность железных дорог СССР составляла около 12% протяженности железнодорожных линий мира. Они выполняют более половины грузооборота всех железных дорог. Внутри страны они перевозили более 70% грузов.
Грузонапряженность железных дорог СССР не имела себе равных в мире; средняя грузонапряженность более чем в 5 раз превышала грузонапряженность дорог США, около 6 раз — грузонапряженность дорог ФРГ и Франции, в 15 раз — дорог Англии. Ежегодно на развитие материально-технической базы железнодорожного транспорта в СССР выделялось 4-5 млрд. руб.
Для обеспечения повышения скоростей движения поездов и увеличения осевых нагрузок подвижного состава усиливались и совершенствовались конструкция верхнего строения пути. На важнейших магистралях страны укладывался бесстыковой путь рельсами типов Р65 и Р75 на железобетонных шпалах; на грузонапряженных линиях применялись закаленные и легированные рельсы; на отдельных участках железнодорожный путь укладывался на железобетонные плиты или блочные железобетонные основания; совершенствовались промежуточные скрепления.
В конце 80-х гг. в СССР эксплуатационная длина сети железных дорог составляла около 145 тыс. км. В сеть железных дорог входило 32 дороги, 185 отделений железных дорог, свыше 11000 железнодорожных станций.
МЕЛЬНИКОВ ПАВЕЛ ПЕТРОВИЧ
Почетный академик Академии наук СССР, народник, проведший более двадцати лет в одиночных камерах Петропавловской и Шлиссельбургской крепостей, Николай Александрович Морозов в своих воспоминаниях так писал о поэме Н.А. Некрасова “Железная дорога”: “… Наряду с образом землекопов, погибавших при постройке земляного полотна, следовало бы прибавить и образ тех мыслителей, которые думали в тишине бессонных ночей и нередко при враждебном отношении окружающих о том, как решить грандиозные задачи строительства”.
Одним из этих мыслителей был создатель отечественной транспортной науки, главный технический руководитель проектирования и строительства магистрали Петербург – Москва, первый министр путей сообщения России, почетный академик Петербургской Академии наук Павел Петрович Мельников. Это он и его коллеги по Петербургскому институту инженеров путей сообщения, их ученики осуществляли новые технические решения, позволившие построить уникальную железнодорожную магистраль.
Павел Петрович Мельников родился в Москве 4 августа в 1804 г. Достоверных сведений о месте рождения и родителях П.П. Мельникова не сохранилось. О себе он писал так: “Из дворян, крестьян не имею”.
В 1820 г. в возрасте 16 лет он окончил с отличием Московский благородный пансион Кряшева и поступил в Военно-строительную школу путей сообщения, только что учрежденную при Петербургском институте корпуса инженеров путей сообщения.
После окончания школы в 1822 г. показавшего наилучшие результаты на выпускных экзаменах юношу приняли в институт – сразу на третий курс.
В институте П.П. Мельников учился успешно, закончил его в 1825 г. первым по успехам и был оставлен преподавателем курса прикладной механики. Но Павел Петрович не ограничивался преподавательской деятельностью и каждый год выезжал на проектно-изыскатель-ские работы. В 1835 г. вышла книга П.П. Мельникова “О железных дорогах”. Это было, по его словам, “первое сочинение об этом предмете на русском языке”. Мы говорим “железная дорога”, “разъезд”, “стрелка”, не подозревая, что эти и другие слова-термины введены в употребление П.П. Мельниковым еще 160 лет тому назад. Книгу встретили с одобрением не только студенты, но и работники ведомства путей сообщения. Автор был награжден бриллиантовым перстнем.
Мельников, возглавив строительство первой отечественной железнодорожной магистрали, рассматривал ее как первое звено “разумно составленной” сети железных дорог. Сознавая всю сложность, новизну и ответственность строительства магистрали, он провел огромную подготовительную работу, досконально изучил, всесторонне и критически проанализировал опыт строительства железных дорог в зарубежных странах. При участии П.П. Мельникова и совещательного инженера Г.Уистле-ра специальная комиссия рассмотрела и после технико-экономических расчетов рекомендовала принять ширину колеи магистрали равной пяти футам (1524 мм), которая с тех пор стала нормальной для железных дорог России. Были решены вопросы о выборе числа путей, предельных уклонов и минимальных радиусов кривых, размещения раздельных пунктов, разработаны методики технико-экономического сравнения вариантов проектируемых железнодорожных линий и определения эксплуатационных расходов.
Ученый рекомендовал применять более крутые предельные уклоны в негрузовом направлении, допускал использование кратной тяги, инерционных уклонов, впервые в мире выдвинул идею применения сосредоточенного уклона (уклон круче предельного, но соответствующий среднему уклону местности по прямому направлению). Эти разработки П.П. Мельникова во многом были реализованы при изысканиях и проектировании магистрали Петербург – Москва и стали отправными в развитии теории и практики проектирования железнодорожных линий.
Многое при строительстве дороги в сложных климатических и инженерно-геологических условиях осуществлялось впервые. Строители успешно справились с постройкой земляного полотна на болотах, с обеспечением устойчивости откосов насыпей и выемок из глинистых грунтов. Было решено при сооружении насыпей на болотах опускать их до минерального дна, на неглубоких болотах вести выторфовывание, погружая насыпь в “болотный ящик”. Откосы земляного полотна устраивались двойными, а частично даже тройными. Пионером борьбы со снежными заносами стал ученик П.П. Мельникова – Н.И. Миклухо – отец знаменитого этнографа Н.Н. Миклухо-Маклая. Он впервые создал живую изгородь из елей на участке между Вышним Волочком и Тверью. По заданию П.П. Мельникова его талантливый ученик Д.И. Журавский провел исследования ферм системы Гау, дал их расчет на действие статической и подвижной нагрузки, заложил научные основы мостостроения, запроектировал и построил самый большой мост на магистрали – через Веребьинский овраг.