Pendahuluan: Tantangan Konstruksi Terowongan Besar di Era Modern

Konstruksi terowongan bawah tanah berukuran besar, terutama yang menggunakan metode drilling and blasting, menjadi tantangan utama dalam pengembangan infrastruktur modern. Kompleksitas bertambah saat proyek tersebut berada di bawah kawasan bersejarah seperti Badaling Great Wall di Tiongkok. Artikel ini membahas secara mendalam bagaimana monitoring geoteknik dan penilaian keselamatan diterapkan pada proyek terowongan tiga jalur besar (large-span triple tunnels), serta bagaimana data lapangan dan teknik mitigasi digunakan untuk menjamin stabilitas struktur dan keselamatan lingkungan sekitar.

Latar Belakang dan Signifikansi Studi

Large-span triple tunnels semakin banyak digunakan untuk mendukung kebutuhan transportasi massal di kota besar. Namun, metode drilling and blasting yang fleksibel dan cocok untuk kondisi geologi rumit, juga membawa risiko interaksi beban yang kompleks dan getaran tanah yang berpotensi merusak struktur sekitar, termasuk bangunan bersejarah. Studi ini menjadi sangat penting karena:

• Menyediakan data lapangan aktual untuk analisis interaksi antar terowongan besar yang jarang dilaporkan sebelumnya.
• Memberikan referensi praktis bagi perancangan dan konstruksi terowongan bawah tanah di area sensitif dan bersejarah.

Studi Kasus: Proyek Badaling Great Wall Station

Badaling Great Wall Station adalah stasiun kereta bawah tanah terdalam di dunia, berlokasi di bawah kawasan wisata dan cagar budaya Tembok Besar Tiongkok. Proyek ini melibatkan tiga terowongan paralel berukuran besar yang dibangun di bawah Jundushan Mountain, melewati tiga zona patahan utama dan batuan dengan kualitas bervariasi (grade III dan V menurut sistem BQ Tiongkok).

• Kedalaman overburden: 70–102 meter dari mahkota terowongan ke permukaan tanah.
• Lebar pilar batu antar terowongan: hanya 6 meter, setara 0,38 kali bentang terowongan.
• Ukuran terowongan: kiri dan kanan (span 15,94 m, tinggi 12,15 m), tengah (span 14,38 m, tinggi 12,24 m).
• Lining primer: shotcrete C30 tebal 300 mm, balok baja, dan baut sistem 4 m.
• Lining sekunder: beton bertulang tebal 400 mm, kekuatan tekan 35 MPa, membran waterproof 12 mm.

Metode Konstruksi dan Monitoring

Metode drilling and blasting digunakan dengan siklus penggalian standar 2 meter. Lubang bor berdiameter 42 mm, kedalaman 0,7–1,9 m, dan muatan peledak 40–120 kg per siklus tergantung kualitas batuan. Untuk membatasi overbreak, diterapkan teknik smooth blasting.

Monitoring geoteknik dilakukan secara real-time pada beberapa parameter kunci:

• Tekanan batuan sekitar (surrounding rock pressure)
• Tekanan kontak antara lining primer dan sekunder
• Gaya internal pada lining sekunder
• Parameter mikro-seismik: peak particle velocity (PPV) dan corner frequency

Frekuensi monitoring:

• 1–15 hari setelah penggalian: 1–2 kali sehari
• 16 hari–1 bulan: sekali sehari
• Setelah 1 bulan: 1–2 kali seminggu

Hasil Monitoring dan Temuan Kunci

Tekanan Batuan Sekitar

• Profil tekanan asimetris: Tekanan maksimum selalu terjadi di crown (puncak terowongan), minimum di waist (pinggang).
• Nilai tekanan: Crown dan shoulder 0,25–0,55 MPa, hampir tiga kali lipat dibanding waist dan knee.
• Pengaruh urutan penggalian: Terowongan kiri sangat dipengaruhi penggalian terowongan tengah (kenaikan tekanan sisi dalam minimal 10% dari tekanan stabil), namun hampir tidak terpengaruh oleh penggalian terowongan kanan.
• Teori Protodyakonov’s equilibrium arch: Pola tekanan konsisten dengan teori ini, menegaskan pentingnya desain urutan penggalian.

Tekanan Kontak dan Gaya Internal Lining

• Beban pada lining primer: Sekitar tiga kali lebih besar dibanding lining sekunder.
• Kondisi paling kritis: Terowongan tengah mengalami kondisi mekanis paling tidak menguntungkan akibat terbentuknya equilibrium arch besar.
• Faktor keamanan: Lining sekunder memiliki minimum safety factor 1,3 (sesuai standar China).

Getaran Tanah dan Dampak pada Permukaan

• PPV maksimum: 0,15 cm/s, jauh di bawah batas aman yang ditetapkan.
• Corner frequency: 40–140 Hz, tidak menyebabkan resonansi pada struktur Tembok Besar.
• Dampak pada bangunan permukaan: Tidak ditemukan kerusakan signifikan pada struktur bersejarah di atasnya.

Teknik Mitigasi dan Optimasi

Berdasarkan feedback monitoring, diterapkan beberapa teknik mitigasi:

• Penyesuaian parameter blasting: Mengurangi muatan peledak dan mengatur urutan peledakan untuk meminimalkan getaran.
• Perkuatan lokal: Penambahan sistem baut dan shotcrete di area dengan tekanan tinggi atau batuan lemah.
• Monitoring real-time: Memberikan peringatan dini terhadap perubahan tekanan atau getaran yang melebihi ambang batas.

Analisis Tambahan dan Opini

Keunggulan Studi:

• Monitoring lapangan detail dan sistematis, memberikan data empiris yang dapat dijadikan acuan untuk proyek serupa.
• Kombinasi antara pengukuran tekanan, gaya internal, dan parameter seismik memberikan gambaran menyeluruh tentang interaksi struktur-terowongan-batuan.

Kritik dan Saran:

• Studi ini sangat kuat secara teknis, namun kurang membahas aspek biaya dan efisiensi waktu dari teknik mitigasi yang diterapkan.
• Penelitian lanjutan sebaiknya memasukkan analisis prediksi jangka panjang terhadap perilaku lining sekunder dan primer pasca-operasi.

Perbandingan dengan Penelitian Lain:

• Hasil studi ini konsisten dengan penelitian di Jepang dan Eropa yang menekankan pentingnya urutan penggalian dan monitoring real-time pada proyek multi-tunnel besar.
• Namun, data empiris dari proyek Badaling memberikan nilai tambah karena konteksnya yang sangat sensitif secara sejarah dan geologi.

Relevansi untuk Tren Industri dan Pembelajaran

Studi ini sangat relevan untuk platform pembelajaran teknik sipil dan geoteknik karena:

• Menyajikan contoh nyata penerapan monitoring real-time dan teknik mitigasi pada proyek berskala besar dan berisiko tinggi.
• Menekankan pentingnya kolaborasi antara tim desain, konstruksi, dan monitoring untuk menjamin keselamatan dan keberlanjutan proyek.
• Memberikan insight tentang bagaimana teknologi monitoring modern dapat diterapkan untuk melindungi warisan budaya dan lingkungan.

Kesimpulan

Monitoring geoteknik dan penilaian keselamatan pada proyek terowongan tiga jalur besar di bawah Badaling Great Wall menunjukkan bahwa dengan strategi monitoring real-time, teknik mitigasi getaran, dan desain urutan penggalian yang tepat, risiko terhadap struktur bawah tanah dan bangunan permukaan dapat diminimalisir secara signifikan. Studi ini menjadi referensi penting untuk proyek serupa di masa depan, terutama di kawasan sensitif secara budaya dan geologi.

Sumber : Ran Li, Dingli Zhang, Qian Fang, Ao Li, Xuefei Hong, Xuebo Ma (2019), Geotechnical monitoring and safety assessment of large-span triple tunnels using drilling and blasting method, Journal of Vibroengineering, Volume 21, Issue 5.

Pendahuluan: Transformasi Infrastruktur Perkotaan dengan Utility Tunnel

Pertumbuhan kota modern menuntut solusi infrastruktur yang efisien, aman, dan berkelanjutan. Salah satu inovasi penting adalah multi-purpose utility tunnel (MUT)-terowongan bawah tanah yang menampung berbagai utilitas seperti listrik, air, dan telekomunikasi dalam satu jalur terproteksi. Artikel ini mengupas hasil riset terbaru mengenai simulasi stokastik dua metode utama konstruksi MUT: microtunneling dan cut-and-cover (C&C), dengan fokus pada durasi, biaya, serta dampak sosial dan lingkungan.

Latar Belakang: Mengapa Utility Tunnel?

Metode tradisional pemasangan utilitas bawah tanah, yaitu dengan mengubur pipa atau kabel langsung di bawah jalan, telah digunakan selama puluhan tahun. Namun, solusi ini sering menimbulkan masalah serius:

• Penggalian berulang untuk perbaikan atau penambahan utilitas menyebabkan kemacetan, polusi, dan biaya sosial tinggi.
• Risiko kerusakan pada utilitas eksisting saat penggalian baru.
• Kurangnya efisiensi ruang dan sulitnya pengelolaan utilitas dalam jangka panjang.

MUT menawarkan solusi terintegrasi: semua utilitas berada di satu terowongan yang mudah diakses untuk pemeliharaan, sehingga mengurangi penggalian berulang dan meningkatkan keamanan serta efisiensi kota.

Metode Penelitian: Simulasi Stokastik dan 4D

Penelitian ini mengembangkan dua model simulasi stokastik berbasis Discrete Event Simulation (DES) untuk membandingkan dua metode konstruksi MUT:

• Cut-and-Cover (C&C): Menggali tanah dari permukaan, membangun terowongan, lalu menutup kembali.
• Microtunneling: Menggunakan mesin bor bawah tanah (MTBM) untuk membuat terowongan tanpa penggalian terbuka.

Selain itu, simulasi 4D (3D plus waktu) digunakan untuk menilai aspek konstruktabilitas dan potensi konflik spasial-temporal selama pelaksanaan proyek.

Hasil Utama: Studi Kasus, Angka, dan Temuan Kunci

Studi Kasus: Implementasi di Montreal

Penelitian ini mengambil kasus nyata pembangunan utility tunnel di Montreal, Kanada. Dua metode dibandingkan secara langsung dari segi durasi, biaya, dan dampak lingkungan.

Durasi Konstruksi

• Microtunneling rata-rata 66% lebih cepat dibandingkan C&C.
• Sensitivitas durasi C&C lebih tinggi terhadap perubahan diameter terowongan. Artinya, semakin besar diameter, waktu pengerjaan C&C meningkat drastis.
• Microtunneling lebih stabil terhadap perubahan diameter, sehingga cocok untuk proyek dengan kebutuhan waktu ketat.

Biaya Konstruksi

• Microtunneling rata-rata 52% lebih mahal dibandingkan C&C.
• Biaya microtunneling sangat sensitif terhadap perubahan diameter terowongan, terutama karena kebutuhan alat berat dan teknologi canggih.
• C&C lebih efisien secara biaya untuk diameter besar, namun harus mempertimbangkan dampak sosial dan lingkungan.

Dampak Sosial dan Lingkungan

• Microtunneling memiliki dampak lingkungan dan sosial lebih rendah karena tidak memerlukan penggalian terbuka yang mengganggu lalu lintas dan aktivitas masyarakat.
• C&C menimbulkan gangguan signifikan pada permukaan, terutama di area perkotaan padat.

Data Angka dari Studi

• Microtunneling: 66% lebih cepat, 52% lebih mahal.
• C&C: Lebih lambat, namun lebih murah untuk diameter besar.
• Sensitivitas durasi: C&C > microtunneling.
• Sensitivitas biaya: microtunneling > C&C.

Keunggulan dan Kekurangan Masing-masing Metode

Cut-and-Cover (C&C):

• Keunggulan: Biaya lebih rendah untuk diameter besar, teknologi sederhana, mudah dilakukan di area terbuka.
• Kekurangan: Gangguan besar pada lalu lintas dan lingkungan, durasi lebih lama, risiko konflik utilitas eksisting.

Microtunneling:

• Keunggulan: Minim gangguan permukaan, waktu pengerjaan lebih singkat, cocok untuk area padat dan sensitif.
• Kekurangan: Biaya tinggi, teknologi dan peralatan khusus, sensitif terhadap diameter.

Analisis Tambahan dan Opini

Konteks Global dan Tren Industri

Di banyak kota besar dunia seperti Tokyo, Singapura, dan Paris, penggunaan MUT dengan microtunneling makin populer. Faktor pendorongnya adalah kebutuhan mengurangi dampak sosial dan mempercepat proyek di area perkotaan padat. Namun, biaya investasi awal yang tinggi masih menjadi tantangan utama, terutama di negara berkembang.

Perbandingan dengan Penelitian Lain

Penelitian ini selaras dengan temuan sebelumnya di Eropa dan Asia, yang menunjukkan bahwa microtunneling sangat efektif untuk proyek di bawah infrastruktur vital atau kawasan dengan lalu lintas padat. Namun, beberapa studi menyoroti pentingnya analisis kelayakan ekonomi jangka panjang, mengingat biaya operasional dan pemeliharaan utility tunnel cenderung lebih rendah dibanding metode tradisional.

Kritik dan Saran

Penelitian ini sangat kuat dalam pendekatan kuantitatif dan penggunaan simulasi stokastik. Namun, ada beberapa aspek yang bisa dikembangkan:

• Analisis biaya siklus hidup (life cycle cost) perlu diperluas, termasuk biaya pemeliharaan dan manfaat jangka panjang.
• Studi lebih lanjut tentang dampak sosial kualitatif, seperti persepsi masyarakat dan manfaat kota pintar, akan memperkaya hasil penelitian.
• Integrasi teknologi digital seperti BIM (Building Information Modeling) dan IoT untuk monitoring real-time dapat menjadi langkah berikutnya dalam pengembangan MUT.

Relevansi untuk Platform Pembelajaran

Artikel ini sangat relevan untuk platform pembelajaran teknik sipil, manajemen konstruksi, dan perencanaan kota. Materi berbasis studi kasus nyata, analisis data, serta simulasi stokastik dan 4D memberikan pengalaman belajar yang aplikatif dan kontekstual. Siswa dan profesional dapat memahami tidak hanya aspek teknis, tetapi juga pertimbangan sosial, lingkungan, dan ekonomi dalam pemilihan metode konstruksi.

Kesimpulan

Multi-purpose utility tunnel adalah solusi masa depan untuk infrastruktur kota modern. Pilihan metode konstruksi sangat bergantung pada konteks proyek, dengan microtunneling unggul dalam kecepatan dan minim gangguan, sementara cut-and-cover lebih hemat biaya untuk diameter besar. Simulasi stokastik dan 4D menjadi alat penting dalam pengambilan keputusan, memastikan proyek berjalan efisien, aman, dan berkelanjutan.

Sumber : Shayan Jorjam (2022), Stochastic Simulation of Construction Methods of Multi-purpose Utility Tunnels, Master of Applied Science Thesis, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada.

Pengelolaan limbah nuklir jangka panjang menuntut infrastruktur bawah tanah yang stabil selama puluhan hingga ratusan tahun. Salah satu kandidat terbaik untuk penyimpanan geologis adalah formasi lempung dalam, seperti Boom Clay di Belgia dan Callovo-Oxfordian claystone di Prancis. Artikel ini menyajikan hasil analisis 20 tahun pemantauan struktur galeri bawah tanah di kedua lokasi penelitian: Connecting Gallery dari laboratorium HADES (Belgia) dan GRD4 Gallery dari Meuse/Haute-Marne URL (Prancis).

1. Konteks Proyek dan Signifikansinya

Tujuan utama dari studi ini:

• Menilai stabilitas jangka panjang terowongan di lempung dalam.
• Mengevaluasi pengaruh perilaku visko-plastik tanah terhadap struktur pelapis (lining).
• Menyediakan dasar empiris untuk desain repositori limbah radioaktif geologis masa depan.

2. Galeri HADES: 20 Tahun Pemantauan di Boom Clay

Konstruksi Connecting Gallery

• Lokasi: Mol, Belgia
• Kedalaman: ±225 meter
• Panjang: 85 meter
• Pelapis: 83 cincin beton C75/90, tebal 40 cm, tanpa tulangan
• Progres: 2–4 meter per hari

Instrumentasi

• 270 strain gauge dipasang dalam pelapis beton
• Monitoring sejak 2002, fokus pada 3 cincin utama (ring 15, 30, 50)
• Tambahan: prisma topografi untuk memantau konvergensi cincin

Hasil Utama

• Deformasi linier meningkat perlahan tapi konsisten
• Bentuk cincin berubah menjadi oval horizontal (bentuk telur tidur)
• Konvergensi:
  • Semi-minor axis berkurang 4 mm
  • Semi-major axis bertambah 8 mm
• Stres di beton meningkat dari 0 → 30 MPa namun masih jauh di bawah kekuatan ultimate beton

Dampak PRACLAY Heater Test

• Pada 2014, pemanasan 80°C menyebabkan perubahan pola deformasi akibat perubahan tegangan tanah.

3. Galeri GRD4: Eksperimen di Lempung Batu Prancis

Konstruksi GRD4 Gallery

• Lokasi: Bure, Prancis
• Formasi: Callovo-Oxfordian claystone
• Panjang: 89 meter
• Pelapis: beton bertulang C60/75, tebal 80 cm
• Grouting:
  • 36 m grout konvensional
  • 30–40 m grout kompresibel
• Progres rata-rata: 0.79 meter per hari

Instrumentasi

• Strain gauge + pressure cell dipasang pada 4 cincin terpilih
• Segmentasi deformasi disesuaikan berdasarkan jenis grout

Hasil Pemantauan

• Konvergensi anisotropik:
  • Galeri paralel dengan tegangan horizontal utama: rasio Cv/Ch = 0.5
  • Galeri tegak lurus: rasio Cv/Ch = 4–5
• Efek grout:
  • Grout kompresibel mengurangi deformasi
  • Grout konvensional menghasilkan regangan lebih besar
• Perilaku mirip dengan HADES: peningkatan ovalisasi horizontal seiring waktu

4. Perbandingan Perilaku Jangka Panjang

Persamaan:

• Keduanya menunjukkan perubahan bentuk galeri menjadi oval horizontal
• Strain meningkat perlahan selama dekade
• Tegangan meningkat seiring waktu tapi tidak menyebabkan keruntuhan

Perbedaan:

• Boom Clay: lempung lunak, tanpa tulangan, lining tanpa grout
• Claystone: batu lempung lebih kaku, pelapis bertulang + grout
• GRD4 menunjukkan bahwa grout kompresibel mampu meredam tekanan dari konvergensi tanah

5. Analisis Stres: Model dan Validasi

Pendekatan Eurocode2

• Digunakan untuk mengestimasi stres berdasarkan strain
• Memperhitungkan creep dan shrinkage jangka panjang
• Parameter dikalibrasi berdasarkan uji laboratorium selama 1 tahun
• Stres puncak tetap di bawah ambang kerusakan beton → menunjukkan faktor keamanan memadai

6. Implikasi untuk Repositori Limbah Nuklir

• Deformasi jangka panjang tidak dapat diabaikan, bahkan setelah 10–20 tahun
• Desain pelapis harus fleksibel terhadap perubahan bentuk anisotropik
• Monitoring berkala sangat krusial untuk deteksi dini perubahan perilaku galeri
• Pemanfaatan grout kompresibel sangat disarankan pada kondisi anisotropi stres tinggi

7. Refleksi & Rekomendasi Praktis

Untuk insinyur dan perencana:

• Kombinasi data lapangan jangka panjang dan model Eurocode memberikan panduan realistis
• Perlunya memasukkan visko-plastisitas dan anisotropi dalam perhitungan desain struktur bawah tanah

Untuk kebijakan nuklir nasional:

• Studi ini memperkuat bukti bahwa penyimpanan di lempung dalam secara teknis layak dan aman
• Perlu investasi berkelanjutan pada riset in situ dan monitoring berkala

Untuk akademisi:

• Peluang penelitian lanjutan pada interaksi pelapis–lempung di bawah pemanasan jangka panjang (seperti PRACLAY Heater Test)

Sumber : Dizier, A., Scibetta, M., Armand, G., Zghondi, J., et al. Stability analysis and long-term behaviour of deep tunnels in clay formations. Geological Society, London, Special Publications, 536, 185–204. Published online: May 22, 2023.

Pendahuluan: Tantangan Konstruksi Terowongan Modern

Dalam era urbanisasi pesat, pembangunan jalur kereta bawah tanah kerap bersinggungan dengan infrastruktur eksisting, termasuk terowongan operasional yang telah berfungsi selama bertahun-tahun. Studi yang diulas kali ini menyoroti risiko dan solusi konstruksi Tunnel Boring Machine (TBM) di atas terowongan operasional, mengambil studi kasus nyata dari proyek Chongqing Rail Transit Line 5 di Tiongkok. Penelitian ini bukan hanya relevan secara teknis, tetapi juga penting bagi keselamatan publik dan efisiensi investasi infrastruktur perkotaan.

Latar Belakang dan Signifikansi Studi

Konstruksi terowongan baru di dekat atau di atas terowongan yang telah beroperasi menimbulkan tantangan teknis yang besar. Risiko utamanya meliputi deformasi tanah, perubahan gaya internal struktur, hingga potensi kerusakan pada terowongan lama yang dapat mengancam keselamatan operasional. Di banyak negara maju seperti Jepang, panduan teknis telah dikembangkan untuk mengendalikan risiko ini, namun di Tiongkok, kasus-kasus spesifik seperti TBM yang melintas di atas terowongan aktif masih membutuhkan kajian mendalam dan solusi berbasis data lapangan serta simulasi numerik.

Metodologi: Inspeksi Lapangan & Simulasi Numerik

Penelitian ini menggunakan dua pendekatan utama:

• Inspeksi Lapangan: Melakukan evaluasi langsung terhadap kesehatan struktur lining terowongan operasional (Operational Tunnel Lining/OTL).
• Simulasi Numerik: Menganalisis deformasi, gaya internal, dan cakupan pengaruh akibat konstruksi TBM menggunakan perangkat lunak simulasi geoteknik.

Pendekatan kombinasi ini memungkinkan peneliti untuk memahami baik kondisi aktual maupun potensi risiko berdasarkan skenario rekayasa.

Temuan Utama: Dampak Konstruksi TBM terhadap Terowongan Operasional

1. Deformasi Uplift pada Terowongan Lama
   • Konstruksi TBM di atas terowongan operasional menyebabkan kecenderungan uplift (pengangkatan) pada terowongan bawahnya.
   • Uplift terbesar terjadi pada bagian vault (atap lengkung) dibandingkan ballast bed (lantai rel).
   • Cakupan pengaruh deformasi membentuk pola paralelogram, dengan sumbu panjang sejajar terowongan operasional dan sumbu pendek sejajar terowongan TBM baru.
2. Transformasi Mode Mekanis
   • Konstruksi TBM mengubah mode mekanis OTL dari kompresi eksentris kecil menjadi kompresi eksentris besar.
   • Area antara dua terowongan TBM (kiri dan kanan) menjadi titik paling rawan terhadap kerusakan struktural.
3. Fluktuasi Gaya Dalam
   • Momen lentur dan gaya aksial pada OTL berfluktuasi signifikan dalam zona pengaruh.
   • Penurunan gaya dalam terjadi pada sambungan konstruksi terowongan operasional, menandakan potensi titik lemah struktur.

Studi Kasus: Proyek Chongqing Rail Transit Line 5

• Dua terowongan TBM dibangun paralel di atas dua terowongan operasional kereta api Chongqing-Huaihua.
• Jarak vertikal minimum antara TBM dan terowongan operasional hanya 8,946 meter, dengan jarak horizontal antar tepi terowongan TBM sekitar 14 meter.
• Kondisi ini menimbulkan risiko tinggi karena beban konstruksi TBM dapat menambah deformasi dan gaya dalam pada terowongan lama, apalagi mengingat usia struktur yang sudah lama beroperasi.

Angka-angka Penting dari Studi

• Jarak vertikal minimum: 8,946 m
• Jarak horizontal antar tepi TBM: 14 m
• Pengaruh uplift dan deformasi: Lebih besar pada vault, berkurang pada ballast bed, dengan pola pengaruh berbentuk paralelogram
• Mode kompresi berubah: Dari eksentris kecil ke eksentris besar, meningkatkan risiko kerusakan

Strategi Pengendalian Risiko

Penelitian ini mengusulkan beberapa solusi berbasis hasil simulasi dan evaluasi lapangan:

• Kontrol parameter TBM: Menyesuaikan tekanan muka, kecepatan penggalian, dan volume pengisian untuk meminimalkan gangguan pada tanah sekitar.
• Backfilling dengan pea-gravel dan grouting: Mengisi rongga antara lining dan tanah dengan kerikil halus dan grouting untuk meningkatkan stabilitas dan mencegah deformasi berlebih.
• Bottom grouting: Menguatkan bagian bawah terowongan operasional untuk menahan uplift dan perubahan gaya internal.
• Monitoring real-time: Penggunaan sistem monitoring otomatis untuk mendeteksi perubahan deformasi dan gaya dalam secara langsung selama proses konstruksi.

Kritik dan Komparasi dengan Penelitian Lain

Penelitian ini unggul dalam menggabungkan data lapangan dengan simulasi numerik, memberikan gambaran komprehensif mengenai risiko dan solusi yang dapat diterapkan. Namun, pendekatan ini masih memiliki keterbatasan:

• Generalisasi solusi: Setiap proyek memiliki kondisi geologi dan struktur yang unik, sehingga solusi dari studi ini perlu disesuaikan dengan kondisi lokal.
• Kurangnya analisis biaya: Penelitian lebih menekankan aspek teknis, sementara keputusan di lapangan sering kali dipengaruhi oleh pertimbangan ekonomi.
• Perbandingan internasional: Studi ini dapat diperkaya dengan membandingkan hasilnya dengan kasus serupa di negara lain, misalnya penerapan teknologi monitoring otomatis di Jepang atau sistem penguatan struktur di Eropa.

Relevansi dengan Tren Industri dan Pembelajaran Digital

Topik ini sangat relevan dengan tren global di bidang konstruksi infrastruktur dan smart city. Penggunaan simulasi numerik, monitoring otomatis, dan penguatan struktur berbasis data adalah bagian dari transformasi digital di sektor konstruksi. Untuk platform pembelajaran, artikel ini juga menjadi contoh pembelajaran berbasis studi kasus nyata yang mengintegrasikan teori, simulasi, dan aplikasi lapangan.

Opini dan Rekomendasi

Penelitian ini sangat direkomendasikan bagi para insinyur sipil, manajer proyek, dan pemangku kepentingan di bidang infrastruktur perkotaan. Studi ini tidak hanya memberikan solusi teknis, tetapi juga menekankan pentingnya kolaborasi antara tim lapangan dan tim analisis untuk memastikan keselamatan dan keberlanjutan proyek. Untuk pengembangan ke depan, integrasi machine learning dalam monitoring dan prediksi deformasi struktur dapat menjadi terobosan berikutnya.

Kesimpulan

Konstruksi TBM di atas terowongan operasional adalah tantangan besar yang membutuhkan pendekatan multidisiplin. Studi kasus Chongqing Rail Transit Line 5 membuktikan bahwa kombinasi inspeksi lapangan, simulasi numerik, dan pengendalian parameter konstruksi dapat secara signifikan mengurangi risiko kerusakan struktur lama. Solusi yang ditawarkan dapat menjadi acuan berharga bagi proyek-proyek serupa di masa depan, baik di Tiongkok maupun di negara lain yang menghadapi tantangan serupa.

Sumber : Lu F, Li L, Chen Z, Liu M, Li P, Gao X, Ji C, Gong L (2023), Risk analysis and countermeasures of TBM tunnelling over the operational tunnel. Front. Earth Sci. 11:1103405. doi: 10.3389/feart.2023.1103405

Latar Belakang & Signifikansi 

Penelitian oleh Arora dkk. (2020) dari Colorado School of Mines ini menyoroti tantangan konstruksi terowongan di tanah lunak (squeezing ground), seperti lempung dan batuan kaya lempung, yang menyebabkan deformasi besar dan risiko keruntuhan. Studi ini menggunakan model fisik inovatif yang mensimulasikan penggalian dengan Tunnel Boring Machine (TBM) mini di bawah tekanan triaksial, meniru kondisi lapangan hingga kedalaman 500 meter. 

 Metodologi & Temuan Kunci 

1. Model Fisik & Material Sintetis 

   - Batuan sintetis (campuran lempung, semen, dan air) dirancang meniru sifat mudstone alami, dengan UCS 4.47 MPa dan modulus elastisitas 0.65 GPa. 

   - TBM mini dilengkapi sensor untuk memantau torsi, tekanan, dan laju ekskavasi. 

2. Hasil Eksperimen 

   - Deformasi Time-Dependent: Setelah 168 jam, deformasi radial meningkat 35-55% di lokasi tertentu (Tabel 3-3). 

   - Akustik Emisi (AE): Terjadi 1.588 event AE selama ekskavasi, dengan peningkatan 60% pasca-ekskavasi akibat creep (Gambar 3-11). 

   - Longitudinal Displacement Profile (LDP): Deformasi maksimum 1.45% di area terjauh dari muka terowongan (Gambar 3-13). 

3. Klasifikasi Squeezing Ground 

   - "Squeezing number" (S) diperkenalkan untuk memprediksi tingkat deformasi: 

     - S < 1: Deformasi minimal (<1%). 

     - S > 17: Deformasi ekstrem (>10%) (Tabel 2-3). 

 Studi Kasus & Validasi 

- Terowongan John Street (Kanada): Tekanan horizontal 13-30x lebih besar dari vertikal menyebabkan deformasi moderat (Gambar 2-3). 

- Terowongan Laodongshan (China): Batuan grade V dengan S = 7.78 mengakibatkan konvergensi horizontal 402 mm (Gambar 2-4). 

- Terowongan Stillwater (AS): 26% panjang terowongan mengalami deformasi 2-5% (Gambar 2-6). 

 Kritik & Rekomendasi 

- Keterbatasan: Model belum menguji efek sistem penyangga (support) atau kondisi anisotropik. 

- Aplikasi Industri: Temuan ini bisa direplikasi untuk proyek terowongan dalam atau pertambangan, dengan penyesuaian parameter material. 

- Saran Penelitian Lanjutan: Perlunya eksperimen dengan variasi GSI dan pengaruh air tanah. 

 Kesimpulan 

Studi ini memberikan pemahaman komprehensif tentang mekanisme squeezing ground dan alat prediksi deformasi melalui squeezing number. Implementasi model fisiknya menjadi landasan baru untuk desain terowongan yang lebih aman dan ekonomis. 

Sumber :  Arora, K., Gutierrez, M., & Hedayat, A. (2020). Experimental Study of Tunnels in Squeezing Ground Conditions. University Transportation Center for Underground Transportation Infrastructure, Colorado School of Mines. 

Stabilitas muka terowongan adalah tantangan teknis penting, terutama saat penggalian dilakukan di bawah muka air tanah atau dalam kondisi geoteknik yang buruk. Penelitian dalam dokumen ini menyajikan pendekatan Limit Analysis terkini untuk mengevaluasi efek dari tiga aspek utama yang sering dihadapi dalam proyek-proyek terowongan modern: panjang free span, penguatan dengan forepole umbrella, dan drainase muka baik dalam kondisi steady-state maupun transient.

1. Pengaruh Free Span terhadap Stabilitas Muka Terowongan

Free span mengacu pada bagian dari muka terowongan yang tidak diberi penyangga setelah penggalian. Studi ini menunjukkan bahwa:

• Peningkatan panjang free span mengurangi kestabilan muka terowongan, namun tidak secara langsung memengaruhi geometri blok rotasi di depan muka.
• Panjang free span maksimal yang dapat stabil sendiri (LMAX) berkisar antara 1 hingga 3 meter, tergantung pada kohesi tanah (c) dan sudut gesek dalam (φ). Misalnya, untuk tanah dengan φ=30° dan c=25 kPa, muka terowongan hanya bisa stabil sendiri jika free span-nya kurang dari 1 m.
• Pada kondisi dengan φ ≥ 35°, mekanisme yang diajukan mampu memprediksi tekanan runtuh dengan akurasi tinggi, menunjukkan deviasi <3.5 kPa dibandingkan simulasi numerik dengan OptumG2.

2. Efektivitas Forepole Umbrella sebagai Sistem Penguatan

Forepole umbrella adalah metode penguatan yang umum digunakan dalam New Austrian Tunneling Method (NATM), terutama untuk tanah kohesif lunak. Penelitian ini menemukan bahwa:

• Dua mode kegagalan utama dari elemen forepole yang diperhitungkan adalah gaya geser dan momen lentur.
• Penerapan forepole umbrella berhasil menurunkan tekanan runtuh hingga 30–40%, tergantung jenis dan dimensi elemen struktural yang digunakan.
• Studi kasus menggunakan tiga konfigurasi:
  • Light umbrella (diameter 25 mm, jarak 1 m): tekanan runtuh berkurang dari 27.4 kPa menjadi 20.5 kPa.
  • Heavy umbrella (diameter 139.7 mm, ketebalan 14.2 mm, jarak 0.3 m): penurunan lebih signifikan.
• Ditemukan bahwa untuk penguatan ringan, mekanisme runtuh terdiri dari dua blok; sementara pada penguatan berat, cukup satu blok rotasi karena tanah di bawah payung mengalami kegagalan lokal.

3. Pengaruh Drainase Muka dalam Kondisi Jenuh Air

Advance drainage sangat penting dalam menjaga stabilitas terowongan di bawah muka air tanah. Penelitian ini membedakan efeknya dalam dua kondisi:

3.1 Kondisi Steady-State

• Drainase borehole (dua titik di bagian atas muka) dapat mengurangi tekanan runtuh hingga 25–30%.
• Penempatan borehole (“upper” vs “lower”) tidak terlalu signifikan kecuali pada variasi posisi muka air tanah:
  • Upper drainage efektif saat Hw/D > 4.
  • Lower drainage lebih baik untuk Hw/D < 3.
• Geometri keruntuhan juga berubah: tanpa drainase, mekanisme cenderung horizontal dan panjang ke depan; dengan drainase, lebih vertikal dan mendekati crown tunnel.

3.2 Kondisi Transient

• Dalam kondisi waktu nyata, pore pressure negatif berkembang sesaat setelah penggalian, memberikan efek stabilisasi sementara.
• Seiring waktu, tekanan negatif ini hilang akibat rembesan, dan muka terowongan bisa runtuh jika tidak didukung dengan cukup cepat.
• Drainase mempercepat pengembalian ke steady-state namun dapat menyebabkan penurunan permukaan yang lebih besar (settlement), terutama akibat kombinasi aliran air dan rendahnya tekanan dukungan.

4. Validasi dan Perbandingan Model

Seluruh pendekatan analitis dibandingkan dengan model numerik dari FLAC3D dan OptumG2:

• Perbedaan tekanan runtuh antara pendekatan analitis dan simulasi <5%, menjadikan metode ini efisien untuk estimasi awal desain tanpa komputasi berat.
• Model ini cocok untuk tanah berfriksi tinggi (φ ≥ 35°) namun perlu disesuaikan untuk kondisi lempung atau tanah jenuh dengan kohesi tinggi.

Refleksi & Relevansi Industri

Dalam praktik rekayasa bawah tanah, kesalahan dalam memperkirakan stabilitas muka dapat menyebabkan over-excavation, collapse, bahkan kerugian finansial besar. Pendekatan Limit Analysis yang diperluas seperti dalam studi ini memberikan kerangka kerja cepat namun andal untuk merancang:

• Durasi advance tunneling yang aman.
• Desain penguatan dengan data geoteknik minimum.
• Strategi drainase berbasis kondisi air tanah lokal.

Penelitian ini relevan bagi proyek-proyek subway, terowongan air bersih, dan infrastruktur bawah tanah lainnya, terutama di wilayah berair tinggi seperti kota pesisir dan daerah aluvial.

Sumber : PhD Thesis tentang Stabilitas Muka Terowongan: Analisis Free Span, Penguatan Forepole Umbrella, dan Drainase di Bawah Muka Air Tanah.