时间: 2024-11-10 02:13:06 | 作者: 火狐体育线上平台-钢铁冶金
1890年3月4日，爱丁堡北面的福斯湾，一座崭新的钢铁大桥横卧在碧波上。在众人见证下，最后一颗铆钉被钉入刻有开通铭文的牌匾中，标志着这座全长2467米的悬臂桥正式启用。
从1806年人们尝试着在福斯湾建设跨海隧道到如今的铁桥，这个跨海梦延续了84年。若从罗马时代人们在这里建造渡口算起，这个梦想延续了上千年。
福斯湾呈喇叭形状，长约80千米，最宽处31千米，爱丁堡恰好位于当中。海湾北面有着苏格兰诸多重要经济、文化名城，诸如苏格兰第三大城市阿伯丁、第四大城市邓迪、学术之城圣安德鲁斯、亚当·斯密的家乡柯卡尔迪。如果绕道海湾最窄处的桥梁，来回需要多走100余千米，这让在福斯湾上修建过海通道的需求变得必要、迫切。
人类征服福斯湾经历了多次努力。最早的尝试发生在罗马征服不列颠时期。相传罗马皇帝塞普蒂米乌斯·塞维鲁和他的儿子卡拉卡拉建造了一座横跨福斯河的船桥，这座船桥长1.25英里0，由大约500艘固定在绳索上的船只组成。罗马人希望借助长桥，抵达海湾北岸地区作战。
到12世纪，人们在福斯大桥所在地的昆斯费里（意译为女王渡口）设立了渡轮服务，为来往福斯湾两岸的人们提供交通便利。到18世纪初，渡口处已经修建了小型的永久建筑。到了1760年，这些简陋的建筑已经没办法满足日益繁忙的摆渡需求。于是，一份有关维修渡口的提案被提上议程，其主要内容包括对现有码头进行改造，提升低水位期渡轮的摆渡能力。转眼到了1812年，老约翰·雷尼斥资34000英镑，对昆斯费里渡口进行了大规模改造，特别是在南面渡口，他将西码头改成直角形状，从而将整个港口包裹起来，抵挡了海湾的风浪。1817年，渡口开始考虑安装灯光装置，从而提升夜间摆渡的能力。1819年9月，纽黑文和戴萨特之间的汽船轮渡业务开始运营，导致昆斯费里的摆渡量锐减三分之二以上。两年后，昆斯费里引入了汽船，但由于汽船的螺旋桨太过突出，无法在渡口落潮时停靠，这使得其轮渡效果大打折扣。
除了造桥之外，人们还尝试通过挖掘隧道的方式来跨越海湾。17世纪，乔治·布鲁斯爵士曾在福斯湾挖掘了一条以采煤为主要目的的隧道，这条隧道一直延伸到海底1英里处，其高度允许一个人直立行走。同时，以三匹马为动力给隧道排水。这条隧道一共存在了8年，1625年，伴随着异常暴风雨，海水冲塌了隧道的围堰，海水漫灌进隧道，这条本以挖煤为目的的隧道就此走向终结。
到19世纪中叶，纵贯不列颠岛的东海岸铁路快速延伸，传统渡轮已不足以满足客货运输的需求，在福斯湾修建一座铁路桥的呼声日益高涨。1873年，参与苏格兰铁路建设的四家铁路公司达成协议，联合组成福斯桥铁路公司。
第一个挑战是谁来设计这座铁桥。苏格兰并不缺乏工程方面的人才。1819年，工程师詹姆斯·安德森就设计了一座横跨福斯湾的三跨悬索桥。在设计图纸上，这座轻质铁桥修长柔美，仅需耗铁2500吨。当时有人评论道：“这个数量的铁分布在如此细长的桥梁上，在阴雨天你基本看不到它；晴天一阵大风之后，你也基本看不到它。”另一位有资格设计福斯桥的当属托马斯·特尔福德。这位来自苏格兰的天才设计师曾留下诸多经典之作，他尤其擅长设计桥梁，诸如梅奈铁桥、班诺克本桥、洛锡安桥等。只可惜天不假年，特尔福德早在1832年就辞世了，未能赶上福斯湾桥工程启动。最终，福斯桥的设计重任落到了托马斯·鲍奇肩上。这位苏格兰本土设计师曾创造性地设计了世界上第一条火车滚装轮渡线，协助开发了建桥所用的沉箱。只可惜这位英名一世的设计师最终却折戟沉沙在泰桥设计上，由于该桥的意外垮塌，鲍奇不得不退出福斯桥的设计工作。
第二个挑战是造桥面临的风力因素。苏格兰周边海域风高浪急，大风对于桥梁安全造成了极大的威胁。就在福斯桥修建前夕的1879年12月28日19时13分，当一列从爱丁堡始发经沃米特开往邓迪的火车经过泰桥时，这座身材修长的桥梁轰然坍塌，6节车厢落入河中，无人幸存。事后查明，大风是导致大桥垮塌的主要原因。泰桥是一座轻质钢铁桥，整个桥身仅耗铁3700吨。当时的法国和美国工程师在设计桥梁时已经考虑到每平方英尺须承受40—50磅风压。鲍奇给出的最低建议是每平方英尺10磅。后来的悲剧证明，设计师鲍奇还是低估了大风对于桥梁的影响。为避免悲剧重演，调查委员会提出要求；今后苏格兰的桥梁设计必须满足能承受每平方英尺56磅的风压载荷。
第三个挑战是河床因素。福斯湾宽约2英里，但大多相对较浅。湾底以淤泥为主，不适合支撑桥墩的重量。工程师在前期打桩时发现，钻孔已深入泥浆231英尺，却没有发现任何岩石。当时的设计师鲍奇进行了多次试验，以证明海底的淤泥可以承受桥墩的重量。1864年末，鲍奇使用加重的沉箱在淤泥上实现了5吨/平方英尺的压力，但这还远不足以支撑在其上修建钢铁大桥。因而，这次加重沉箱试验并不算成功。
面对设计师、风力和地基三重挑战，福斯桥的建造注定面对诸多困难，需要从设计、工程建造等多方面共同努力。
在泰桥倒塌后，鲍奇退出了福斯桥设计工作，整个大桥建设陷入停滞状态。此时，三个男人的出现让大桥建设峰回路转。他们分别是：设计师本杰明·贝克、咨询工程师约翰·福勒和建筑承包商威廉·阿罗尔。这个铁三角成为福斯桥建筑的核心团队。
贝克出生于1840年，16岁时，他在南威尔士钢铁厂当学徒。后来，他移居伦敦，参与维多利亚火车站的建设。1862年，22岁的贝克加入约翰·福勒公司，凭借自己的天赋和努力，他于1875年成为公司合伙人。福勒被公认为维多利亚时期最伟大的土木工程师之一。他设计了多座桥梁，包括架设格罗夫纳桥，并参与设计了伦敦维多利亚车站及格拉斯哥、谢菲尔德、利物浦和曼彻斯特的车站。此外，他还参与了美国、德国、法国、葡萄牙等多国的铁路项目。1865年，他成为土木工程师学会有史以来最年轻的主席，并积极领导工程师培训的发展。阿罗尔是维多利亚时代白手起家的典型。他出身卑微，9岁开始在棉纺厂工作，14岁时成为铁匠学徒。1863年，他加入了格拉斯哥的一家建筑和桥梁制造公司。5年后，他凭借苦心积攒的85英镑创办了自己的企业。1872年，他建立了达尔马诺克工厂，并在3年内建成了他的第一座主要桥梁，这座桥帮助北不列颠铁路在博思韦尔横跨克莱德河。
在这个“铁三角”的通力合作下，曾经因泰桥垮塌危机而搁置的福斯桥工程再次启动。相比以往的桥梁建设，福斯桥最大的特色是采取了悬臂原理。该原理的特点为：悬臂桥每段都在中间而非两端支撑。桥身分成长而坚固的数段，类似桁梁式桥。每段由河里同样的结构支撑着，使它得到平衡。为了证明桥梁中拉伸和压缩的作用原理，1887年，贝克和福勒让一名日本工程师渡边坐在两人之间的椅子上，福勒和贝克代表悬臂梁，其臂处于拉紧状态，木棍处于压缩状态，而砖块则代表悬臂端桥墩，用铸铁加重。这样的平衡状态下，足以支撑起一个成年人的分量，将此运用在桥梁领域，可以保证大桥的平稳。
在解决设计问题之后，下一步就是建筑材料的选用。按照最初的设计，仅悬臂就需要42000吨钢材，其中12000吨来自西门子位于威尔士兰多尔的钢厂，其余则来自苏格兰钢铁公司在格拉斯哥附近的工厂。后续设计修改后，钢材的使用量增加了16000吨，其中大约一半由苏格兰钢铁公司供应，另一半由位于马瑟韦尔的达尔泽尔钢铁厂供应。还有大约4200吨铆钉来自格拉斯哥的克莱德铆钉公司。
材料齐备后，1882年，福斯桥进入正式施工阶段。施工高峰期，约有4600名工人参与了施工，工程从水下近100英尺到水面以上300英尺的高度范围内进行。为在水底28米深的河床打地基建桥墩，工人们建造了6个巨型沉箱，通过调节箱内气压控制下沉或上浮。承包商阿罗尔则利用水压机，成功把钢板制成直径近4米的巨管，他还发明了水力铆接机等创新工具，将数以百万计的铆钉钉入桥体。在历经8年的艰苦施工后，福斯桥于1889年12月完成主体架构。下面一组数据足以说明这座大桥的宏伟，堪称19世纪钢铁时代的“人造奇迹”：桥梁全长2467米，桥面离水面45.72米。整座桥由两座518.16米的主跨和207.3米的侧跨组成。桥梁中3座四悬架结构的桥塔高达110.03米。整座桥梁共使用铆钉650万个，全桥重量达到51324吨，桥梁同时使用了18122立方米的花岗岩。为避免钢铁桥体被海水侵蚀，福斯桥全桥刷漆面积达23万平方米。
为了修建这座“人造奇迹”，人们也付出了惨重的代价。据记载，截至大桥建成的1890年，共有57人因工殉职。但这个数字并不包括引桥建造等工程导致的工伤死亡人数。据相关记录，共有73人的死亡与大桥的建设及其直接后果有关。其中坠落死亡38人，压伤死亡9人，溺水死亡9人，坠落物击中死亡8人，茅屋火灾死亡3人，沉箱病死亡1人，5人死因未知。
一方面，苏格兰本地的钢铁工业开始腾飞。1828年，詹姆斯·博蒙特·尼尔森发明了热风炼铁工艺，使得普通煤也可以冶炼黑色铁矿石，此举彻底改变了苏格兰钢铁工业。1830年，苏格兰有27座铁炉。10年后，这一数字达到70座，1850年达到143座，1860年达到顶峰的171座。1857年，苏格兰铁矿石产量超过250万吨，占英国产量的6.5%。生铁产量从1854年的79.7万吨上升到1869年的峰值120.6万吨。苏格兰成为工程、造船和蒸汽机车生产中心。在福斯桥建造过程中，将近一半以上的钢材来自苏格兰本土地区和格拉斯哥相近区域，苏格兰的钢铁产业有力地支撑了福斯桥的建设。当然，除了数量之外，钢铁的质量也至关重要。与同期许多大型建筑采用延展性高的锻铁建造不同，贝克在大桥设计中选择强度与韧性适中的新材料——低碳钢。这种钢材的优点在于其良好的柔韧性，可以把半英寸厚的钢板像报纸一样折叠起来，用铆钉像细绳一样系成结。这种选取材料的本领离不开贝克早期在南威尔士钢铁厂的学徒经历，但更离不开英国强大的钢铁冶炼技术。
另一方面，苏格兰的铁路建设也开始突飞猛进。19世纪20年代，苏格兰建造了第一条现代意义的铁路，其最大的目的是将煤炭运送到市场，打破蒙克兰运河的垄断。从首条铁路开始，苏格兰的铁路建设由点到线年代末，铁路网络已经初步形成，包括邓迪和阿布罗斯之间的线路，以及连接格拉斯哥、佩斯利和艾尔的线年，格拉斯哥和爱丁堡之间的客运线路开通。铁路线路的建立不仅方便了人们的出行，而且降低了煤炭等大宗货物的运输成本，使得苏格兰工业品在整个英国越来越存在竞争力。1844年，北不列颠铁路企业成立，将爱丁堡、苏格兰东部与纽卡斯尔连接起来。次年，喀里多尼亚铁路将格拉斯哥和西部与卡莱尔连接起来。直到19世纪70年代，苏格兰低地与英格兰相连的铁路网络已初步完成。随着福斯桥的建成，苏格兰东海岸铁路网络连成一片，并且与英格兰东海岸联网，形成了一个完整的铁路网络。福斯桥开通前，从伦敦的尤斯顿车站出发前往苏格兰北方重镇阿伯丁需要13小时。福斯桥建成后，铁路路线截弯取直，不再绕行福斯湾，整个铁路旅程的时间被压缩到8个半小时。当一列列“飞驰的苏格兰人(theflyingScotsman）列车拉响汽笛，从福斯桥上飞驰而去的时候，一个全新时代开始了。
福斯桥建成之后，很快成为工程领域中的一个样板。据说，1896年李鸿章访问英国时曾参观福斯桥，随后曾萌发过在渤海湾建造一座类似铁路桥的念头。粤汉铁路督办詹天佑在提出武汉长江大桥设计的具体方案时也曾参照福斯桥。在第二次世界大战期间，福斯桥曾多次被德军选为攻击目标，但都幸免于难。战后，福斯桥不再孤独，它的身边也增添了两个新伙伴——1964年落成的福斯公路桥和2017年通车的昆斯费里大桥。它们构成了苏格兰东部地区重要的交通枢纽，在碧海蓝天间筑起跨越时空的风景走廊。
一个世纪以来，福斯桥也逐渐形成了其独特的文化象征意义。全桥的刷漆面积达23万平方米，这使得刷漆工作艰巨繁重。因此，英语中产生了一个俗语“Paint the Forth Bridge”（给福斯桥刷漆），形容一件周而复始、永远都做不完的工作。同时，英国政府用桥名作为王室葬礼的代号。与英国女王伊丽莎白二世被英国政府代称为“伦敦桥”一样，女王配偶菲利普亲王被代称为“福斯桥”——这完美地贴合了其“爱丁堡公爵”的身份。2021年4月9日，爱丁堡公爵去世，“福斯桥塌了”。一年后，英国女王伊丽莎白二世驾崩，“伦敦桥也塌了”。尽管福斯桥依然坚挺地屹立在福斯湾畔，但一个时代已然落幕。
2015年联合国教科文组织将福斯桥列入《世界遗产名录》，评委会在评语中写道：“福斯桥直接呈现各种未经装饰的建筑元素，构成了它独具特色的工业设计美学。在以铁路为陆路长途运输主要方式的时代，它在风格、材料和规模上的创新使之成为桥梁设计与建造史上重要的里程碑。”
