Hur tätningarna förändras under verkliga förhållanden
GINA-packningarna, som är viktiga för att hålla tunnelstrukturerna torra, visade sig förlora 67,66 procent av sin tätningseffekt när de utsattes för verkliga tryck- och havsvattenförhållanden. Det skiljer sig tydligt från laboratorietester där förhållandena är idealiska och trycket hålls konstant.
Genom att kombinera kompression och saltvattenexponering har forskarna efterliknat mer realistiska förhållanden och kunnat studera hur gummits livslängd påverkas.
Vid byggande av sänkta tunnlar som Yuliangzhou-tunneln är tätningen som pressas mellan stålytor avgörande. Kompressionen skapar kontaktspänning som hindrar läckage. Men studien visar att tätningens nederkant är en svag punkt där tryckförlust kan låta vatten tränga in långt innan något synligt slitagesmärke syns.
Vad som händer kemiskt och fysiskt
Under en accelererad åldringsperiod på 90 dagar noterades kemiska förändringar som påverkade både yttre och inre struktur i gummit. Saltvatten och syre angrep ytan, vilket gjorde att långa molekylkedjor bröts ner till kortare segment.
Det ledde till minskad elasticitet och en ökning av hårdheten med 14,18 procent. Gummits stelningstemperatur steg med cirka 3,22 °C, vilket visar att materialet blir mindre flexibelt och fungerar sämre vid belastning.
Åldringskurvan som forskarna såg var tredelad: en snabb inledande förlust av tätningseffekt, följt av en långsammare nedgång och slutligen en ännu mer utdragen avmattning. Det tyder på att gummipackningar försvagas på ett mer komplicerat sätt än man tidigare trott, något som har betydelse för hur tunnlar ska inspekteras och underhållas.
Vad det betyder för framtida tunnelbyggen och underhåll
Upptäckterna får följder för hur tunnelägare och ingenjörer designar, inspekterar och servar infrastruktur. Trots prognostiserad minskning låg tätningstrycket efter 100 år över det nödvändiga vattenstoppsindexet på 0,61 MPa (megapascal), vilket ger en viss säkerhetsmarginal men kräver noggrann övervakning.
Ingenjörer kan överväga att justera gummikomposition och målen för kompression i tätningarna. Det är också viktigt att inspektionsfokus flyttas från att bara mäta ythårdhet till att säkerställa att tillräckligt tryck bibehålls i skarvarna, särskilt vid den nedre kanten.
Forskningen, publicerad i Tunnelling and Underground Space Technology, lyfter fram behovet av att följa upp och underhålla tunnlar för att förebygga framtida haverier.
Denna insikt om “gömd kraftförlust” i gummitätningskraft kan leda till förbättrade strategier för att skydda tunnlar, så att dolda förluster inte växer till synliga hot. För att möta kommande utmaningar kan dessa fynd bidra till mer hållbara och pålitliga infrastrukturer, vilket i sin tur kan spara pengar och, viktigare än allt annat, liv.
