Rozstaw torów kolejowych: Historia i standardy

Rozstaw torów kolejowych, czyli odległość między wewnętrznymi krawędziami szyn, jest fundamentalnym parametrem infrastruktury kolejowej. Wpływa na stabilność pociągów, ich prędkość, a także na ekonomikę transportu. Standardowy rozstaw torów, wynoszący 4 stopy i 8,5 cala (1435 mm), jest dominującym standardem na świecie. Ale skąd wzięła się ta pozornie arbitralna wartość? W tym artykule zgłębimy historię i ewolucję rozstawu torów, odkrywając fascynujące fakty i argumenty, które ukształtowały kolejowy świat, jaki znamy.

Co to jest rozstaw torów kolejowych?

Zanim przejdziemy do historii, warto dokładnie zdefiniować, czym jest rozstaw torów. Mówiąc najprościej, jest to odległość mierzona między wewnętrznymi, pionowymi powierzchniami główek szyn. Standardowy rozstaw torów, często określany jako rozstaw normalnotorowy, wynosi 1435 mm. Jednak na przestrzeni dziejów i w różnych regionach świata stosowano i nadal stosuje się inne rozstawy, zarówno szersze, jak i węższe.

Początki standardowego rozstawu torów

Historia standardowego rozstawu torów jest zaskakująco związana z początkami kolejnictwa w Anglii. Kiedy George Stephenson projektował kolej Stockton & Darlington w 1825 roku, wybrał rozstaw 4 stóp i 8 cali. Dlaczego akurat taki? Odpowiedź jest prosta: Stephenson był zaznajomiony z takim rozstawem z wózków kopalnianych, zwanych „Willington Way”, w regionie Newcastle. Te wózki, z kolei, były budowane w tym rozstawie, ponieważ był to popularny rozstaw osi wozów konnych na lokalnych drogach.

Po sukcesie Stockton & Darlington, Stephenson zastosował ten sam rozstaw, 4 stopy i 8 cali, dla Kolei Liverpool & Manchester, pierwszej na świecie kolei pasażerskiej łączącej dwa duże miasta. Tam też, prawdopodobnie dla zwiększenia luzu bocznego obręczy kół, poszerzył rozstaw o pół cala, do ostatecznej wartości 4 stóp i 8,5 cala. Na początku wybór 4 stóp i 8,5 cala wydawał się przypadkowy, gdyż w regionie Newcastle istniały wózki kopalniane o różnych rozstawach, szerszych i węższych.

Rzymskie korzenie?

Co ciekawe, w latach 70. XIX wieku, wykopaliska archeologiczne w Pompejach i innych miejscach ujawniły, że rozstaw wybrany przez Stephensona mógł być zbliżony do rozstawu rzymskich pojazdów drogowych. Amerykański inżynier, Walton W. Evans, postanowił przetestować tę hipotezę, mierząc koleiny wyżłobione przez wozy i rydwany w Pompejach. Użył miarki metrycznej, aby uniknąć uprzedzeń, a następnie przeliczył wyniki na cale. Okazało się, że koleiny, mierzone od środka do środka, miały około 4 stóp i 9 cali, co jest spójne z rozstawem nieco mniejszym. Późniejsze badania archeologiczne potwierdziły, że był to powszechny rozstaw rzymskich pojazdów.

Przetrwanie tego rozstawu dla pojazdów drogowych w Europie Zachodniej, w tym w Wielkiej Brytanii, doprowadziło do jego przeniesienia na wczesne koleje. Powszechna legenda głosi, że rozstaw ten został ustalony na dwa kroki rzymskiego żołnierza przez Juliusza Cezara, aby ustandaryzować koleiny dla jego rydwanów wojennych, ale nie ma na to dowodów dokumentalnych i nie jest to powszechnie akceptowane. Jak napisał angielski historyk kolejnictwa, Charles E. Lee, rozstaw ten prawdopodobnie reprezentuje optymalny rozmiar pojazdu drogowego w stosunku do niepodzielnego rozmiaru konia. Mniejszy rozstaw nie wykorzystywałby w pełni konia, a większy nadmiernie go obciążał. Rozstaw ten został przeniesiony również na transport samochodowy.

Praktyczne argumenty za standardowym rozstawem

W kolejnictwie optymalny rozstaw w odniesieniu do konia jest nieistotny. Bardziej istotna staje się niepodzielność istoty ludzkiej. Proces technologiczny musi być dostosowany do faktu, że ludzie mają zasadniczo jeden rozmiar, od około 1,5 metra do 2 metrów wzrostu. Rozstaw 4 stóp i 8,5 cala nie był rażąco nieodpowiedni. Pozwalał na konstrukcję wagonów pasażerskich z miejscami siedzącymi dla dwóch osób po każdej stronie przejścia wystarczająco szerokiego, aby ludzie mogli swobodnie przechodzić. Wagony towarowe były wystarczająco duże, aby pomieścić ładunki, które ludzie mogli wnosić i układać. Wyposażenie miało umiarkowany stopień zwisu bocznego.

Próby z szerszymi rozstawami w Anglii

Nigdy nie brakowało obserwatorów, którzy uważali, że 4 stopy i 8,5 cala to rozstaw suboptymalny. Byli to ludzie tak różni, jak James J. Hill, David P. Morgan i Adolf Hitler, by wymienić tylko trzech. Ich argumentacja opierała się na fakcie, że stosunek pola powierzchni do objętości cylindrów staje się korzystniejszy wraz ze wzrostem rozmiaru. W konsekwencji duże kotły parowe produkują energię przy niższym średnim koszcie niż małe. W lokomotywie parowej o szerokim rozstawie torów kocioł mógłby być większy i zawieszony niżej, co zapewniłoby większą stabilność.

Człowiekiem, który najbardziej konsekwentnie realizował ideologię szerokiego rozstawu torów, był Isambard Kingdom Brunel, główny inżynier Kolei Great Western w Anglii. Uważał on, że 4 stopy i 8,5 cala to zbyt mało dla prędkości 50-60 mil na godzinę, które sobie wyobrażał. Dla Kolei Great Western przyjął ogromny rozstaw siedmiu stóp – dokładnie 7 stóp i 0,25 cala – i z entuzjazmem świadczył w Parlamencie o jego wyższości. Parlament nie był przekonany i nakazał stosowanie rozstawu 4 stóp i 8,5 cala dla przyszłych linii kolejowych, ale dla Irlandii określił rozstaw 5 stóp i 3 cale. Można to interpretować jako wskazanie, że Parlament uważał szerszy rozstaw za preferowany, ale nakazał 4 stopy i 8,5 cala po prostu dlatego, że był on prawie uniwersalny, z wyjątkiem zachodniej Anglii. Kolej Great Western została stopniowo przekształcona do rozstawu 4 stóp i 8,5 cala, co zakończyło eksploatację szerokotorową w 1892 roku.

Standardyzacja w Ameryce

Podobne doświadczenia miały miejsce w Ameryce. Rozstaw 4 stóp i 8,5 cala przybył tam głównie dlatego, że amerykańscy inżynierowie spodziewali się – błędnie – używać wielu brytyjskich lokomotyw. Ponieważ wczesne koleje amerykańskie miały łączyć jedynie zbiorniki wodne, które trudno było połączyć kanałami, nie było powodu, aby oczekiwać dużej jednolitości rozstawu torów. Wczesne koleje nie przewidywały wymiany taboru.

Jednak ponieważ Baltimore & Ohio i Boston & Albany używały rozstawu 4 stóp i 8,5 cala, rozstaw ten szybko zyskał popularność. Pensylwania używała rozstawu 4 stóp i 9 cali, który był kompatybilny. Rozstaw 6 stóp Kolei Erie i Lackawanna był najważniejszym północnym rozstawem szerokotorowym. Koleje kanadyjskie używały rozstawu 5 stóp i 6 cali, przynajmniej częściowo ze względów militarnych.

Na Południu dominowały rozstawy szerokotorowe. Jeśli istniał tam powszechny rozstaw, to był to rozstaw 5 stóp. Do 1861 roku tory o tym rozstawie rozciągały się od Norfolk i Richmond do Memphis i Nowego Orleanu, chociaż brak niektórych połączeń fizycznych i wymiany taboru uniemożliwiał utworzenie sieci. Wojna secesyjna pokazała niepożądanie różnic w rozstawie torów. Zarówno rządy Unii, jak i Konfederacji zachęcały do wymiany taboru. Po wojnie szybki wzrost przewozów zboża ze Środkowego Zachodu na Wschód był największą siłą napędzającą homogenizację.

Administracja Lincolna, po zaplanowaniu kolei transkontynentalnej o rozstawie 5 stóp, aby dostosować się do istniejącej kolei w Kalifornii, zdecydowała się na 4 stopy i 8,5 cala dla spójności z najważniejszymi kolejami wschodnimi. To zapewniło, że 4 stopy i 8,5 cala staną się północnoamerykańskim standardowym rozstawem torów. Linie kanadyjskie przeszły na ten rozstaw w latach 1872-1873, a koleje południowe rozpoczęły proces konwersji, który zakończył się masową akcją konwersji w weekend Pamięci Narodowej w 1886 roku.

Alternatywy wąskotorowe

Osobliwe jest, że w czasie, gdy homogenizacja rozstawu torów rozprzestrzeniała się na całym kontynencie, pojawił się ruch na rzecz kolei wąskotorowych. Szkocki inżynier, Robert Fairlie, w 1870 roku przedstawił ideę, że duże oszczędności masy można osiągnąć dzięki zastosowaniu małego taboru, takiego jak ten, który stał się powszechny dla prywatnych przewoźników obsługujących kopalnie, lasy i fabryki. Jego błędem było odwrócenie rzeczywistej zależności wspomnianej wcześniej, że stosunek pola powierzchni do objętości staje się korzystniejszy wraz ze wzrostem rozmiaru.

Zdumiewające w tych okolicznościach, ruch wąskotorowy cieszył się popularnością przez 13 lat, od 1872 do 1885 roku, zanim upadł. Większość amerykańskich linii wąskotorowych została przekształcona do 1900 roku, chociaż sieć o rozstawie 3 stóp w południowo-zachodnim Kolorado przetrwała prawie sto lat. Szkody, jakie ten ruch wyrządził, były znacznie gorsze gdzie indziej. Zapełnił on większość Afryki Subsaharyjskiej rozstawem (3 stopy i 6 cali) słabo przystosowanym do ciężkiego ruchu mineralnego obsługiwanego przez jej koleje i przysporzył Indiom, Australii i Argentynie poważnych problemów z niekompatybilnością rozstawów.

Czy standardowy rozstaw torów jest optymalny?

Redaktor głównego czasopisma branży kolejowej XIX wieku, Matthias Nace Forney z „The Railroad Gazette”, w trakcie swojego sprzeciwu wobec ruchu wąskotorowego w latach 70. XIX wieku, informował, że inżynierowie kolejowi, z którymi rozmawiał na ten temat, odpowiedzieli na ogół, że 4 stopy i 8,5 cala to rozstaw nieco suboptymalny i że coś w granicach 5 stóp byłoby lepsze. Forney zgodził się z tym, ale uważał, że homogenizacja rozstawu 4 stóp i 8,5 cala dla swobodnego kursowania taboru w całym kraju jest ważniejsza niż jakiekolwiek korzyści, które można by uzyskać, podejmując wysiłek zmiany.

Bez wątpienia współczesne techniki inżynieryjne mogłyby zostać wykorzystane do określenia optymalnego rozstawu torów, ale w przypadku braku przekonującego dowodu na coś przeciwnego, pogląd Forneya z lat 70. XIX wieku pozostaje najbardziej trafną oceną. Standardowy rozstaw torów, choć zrodzony z historycznego przypadku, okazał się wystarczająco uniwersalny i praktyczny, aby stać się globalnym standardem, który przetrwał próbę czasu i nadal dominuje w kolejnictwie na całym świecie.

Jeśli chcesz poznać inne artykuły podobne do Rozstaw torów kolejowych: Historia i standardy, możesz odwiedzić kategorię Rachunkowość.