terowongan

KONSTRUKSI TEROWONGANA. Pendahuluan

Tujuan umum dibuatnya sebuah terowongan adalah untuk menjamin transportasi langsung dari barang atau penumpang atau material lainnya menembus rintangan alam dan aktifitas manusia. Terowongan dibuat menembus gunung, di bawah sungai, laut, pemukiman, gedung- gedung atau jalan raya. Berguna untuk sarana tranportasi, hidro power, jaringan listrik, gas, saluran pembuangan dan lain-lain.Terowonganadalah sebuah tembusan di bawah permukaantanahataugunung. Terowongan umumnya tertutup di seluruh sisi kecuali di kedua ujungnya yang terbuka pada lingkungan luar. Beberapa ahliteknik sipilmendefinisikan terowongan sebagai sebuah tembusan di bawah permukaan yang memiliki panjang minimal 0.1 mil, dan yang lebih pendek dari itu lebih pantas disebutunderpass.

Terowongan biasa digunakan untuk lalu lintaskendaraan(umumnyamobilataukereta api) maupun para pejalan kaki atau pengendarasepeda. Selain itu, ada pula terowongan yang berfungsi mengalirkanairuntuk mengurangibanjiratau untuk dikonsumsi, terowongan untuk saluran pembuangan,pembangkit listrik, dan terowongan yang menyalurkankabeltelekomunikasi. Ada juga terowongan yang berfungsi sebagai jalan bagihewan, umumnyahewan langka, yang habitatnya dilintasijalan raya. Beberapa terowongan rahasia juga telah dibuat sebagai metode bagi jalan masuk ke atau keluar dari suatu tempat yang aman atau berbahaya, seperti terowongan dijalur Gaza, danterowongan Cu ChidiVietnamyang dibangun dan dipergunakan ketikaperang Vietnam.

Di Inggris, terowongan bawah tanah untuk pejalan kaki atau transportasi umumnya di sebut subway. Istilah ini digunakan di masa lalu, dan saat ini sering di sebut underground rapid transit system. Berdasarkan fungsinya, terowongan dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

a. Terowongan lalu lintas (traffic)

Beberapa penggunaan terowongan untuk lalu lintas diantaranya:

Terowongan kereta api

Terowongan jalan raya

Terowongan navigasi

Terowongan tambang

b. Terowongan angkutan

Diantaranya adalah :

Terowongan pembangkit tenaga listrik (hydro power)

Terowongan water supply Terowongan sewerage water Terowongan untuk utilitas umum

Terowongan dibuat melalui berbagai jenis danlapisan tanahdanbebatuansehingga metode konstruksi tergantung dari keadaantanah. Metode pembuatan terowongan yang biasa digunakan adalah metode potong-tutup, metode ini merupakan metode yang paling simpel untuk terowongan dangkal di mana area di atas lokasi yang akan dijadikan terowongan harus digali dan terowongan dibangun dengan atap di atasnya. Setelah itu, area ditutup agar terlihat seperti sebelum digali. Konstruksi umumnya bertingkat dua, yang memungkinkan adanya pengelolaan secara ekonomi dan keamanan seperti loket tiket, stasiun, akses penumpang dan jalan keluar darurat,ventilasi, saluran asap, ruang staf, dan ruang perlengkapan.

Hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan terowongan yaitu :

Lokasi Metode konstruksi Material Kegunaan Rancangan terowongan perlu memperhatikan :1. Massa batuan yang komplek ; gaya-gaya yang dihasilkan oleh redistribusi tegangan awal.2. Sifat-sifat material di sekitar, kemungkinan failure / keruntuhan di struktur bahan dan kekuatan batuan.Rencana rekayasa yang baik adalah rancangan yang seimbang dalam semua faktor yang saling berkaitan, meski tidak selalu dapat dikualifikasi tapi selalu di masukkan dalam perhitungan.Pembuatan terowongan menggunakan mesin bor, mesin bormemungkinkan terowongan dibuat tanpa harus menggali area di atas lokasi yang akan di jadikan terowongan. Mesin bor melubangi tanah sepanjang lokasi terowongan. Mesin bor bisa dioperasikan secara otomatis selama proses konstruksi terowongan, dan dapat menembus hampir seluruh jenis bebatuan. Mesin bor yang pertama kali digunakan adalah mesin yangmembangunterowongan rel FrjusantaraPrancisdanItaliamelaluipegunungan Alpentahun 1845.

Gambar 1 Pembuatan Terowongan Menggunakan Mesin Bor

1. Penyelidikan Geoteknik Sebelum Konstruksi TerowonganPenyelidikan geoteknik adalah elemen yang sangat penting dalam perencanaan dan pelaksanaan sebuah terowongan. Dengan data geologi yang memadai dapat ditentukan desain terowongan yang sesuai, metode pelaksanaan yang paling optimal, biaya pelaksanaan yang paling rasional serta persiapan yang sebaik baiknya direncanakan aspek keamanan pelaksanaan. Biaya pelaksanaan akan sangat berpotensi membengkak karena kurang tersedianya data geologi. Secara spesifik tujuan penyelidikan tersebut adalah untuk :

a. Menentukan stratifikasi tanah atau batuan pada jalur terowongan.

b. Menentukan sifat fisik batuan.

c. Menentukan parameter desain untuk batuan dan tanah.

d. Memberikan kepastian setinggi tingginya bagi suatu proyek dan dan memberi wawasan kepada engineer mengenai kondisi yang mungkin terjadi saat pelaksanaan.e. Mengurangi unsur ketidakpastian bagi kontraktor.f. Meningkatkan keselamatan kerja.

g. Memberi pengalaman bekerja sehingga dapat memperbaiki kualitas kualitas keputusan di lapangan.

Dalam penyelidikan lapangan yang harus dilakukan adalah sebagai berikut:a. Tinjauan literatur Dilakukan sebelum berangkat ke lapangan Cari informasi yang pernah dipublikasikan mengenai geologi, tanah, air tanah, sejarah seismik, struktur Untuk kota, informasi daerah penimbunan lama atau alterasi pola penirisan. Peta geologi Litbang geologi, geoteknologi LIPIb. Studi foto udara (bila ada) Untuk melihat kondisi lokasi dari jarak yang jauh dan luas. Analisis geomorfis dan sifat-sifat batuan dari evaluasi respon batuan terhadap lingkungan Teknik pemotretan : vertikalitas dan kemiringan, fotografi warna,infra merah, radar. Topografi lereng yang terdiri dari dua tipe dapat dikenali Mudah dikenali adanya tanah longsor, patahan, struktur geologi seperti antiklin- sinklin, dome.c. Peninjauan geologi permukaan Untuk mengetahui jenis dan penyebaran batuan dilokasi berupa ketebalan, sifat fisik dan mekanis di lapangan. Terdiri dari pemetaan batuan dasar dan pemetaan geologi teknik. Peta batuan :litologi dan batas-batasnya serta struktur geologi Peta geologi teknik : singkapan batuan dan derajat pelapukan, material bahan bangunan d. Survei geofisika Keuntungan : tidak merusak obyek yang diselidiki, cepat dan unit costnya rendah. Kerugiannya : ketelitian rendah Dilakukan sebelum pemboran untuk menentukan lokasi pemboran Teknik yang umum digunakan neutron density dan teknik gamma. Metode yang digunakan : seismic refraction, survei resistivity.e. Pemboran eksplorasi Pemboran merupakan metoda yang paling umum untuk eksplorasi detil, seperti keterangan yang spesifik dari batuan,variasi material dan sifat-sifat fisiknya.Daerah yang memerlukan eksplorasi lebih detil adalah : Portal Topografi rendah di atas terowongan, yang biasanya menggambarkan struktur batuan lemah. Tipe batuan dengan potensial pelapukan yang dalam Di daerah yang banyak air Daerah geser f. Sumur uji g. Pengujian in-situh. Pengujian laboratorium i. Pengujian model skala penuh j. Tahap konstruksi k. Pengamatan pasca konstruksiPemboran teknik untuk pengambilan sampel batuan adalah cara yang paling umum dipakai untuk pekerjaan terowongan. Dengan pengambilan sampel (core) dapat diketahui sifat fisik batuan, dan informasi penting lainnya. Lokasi lokasi yang memerlukan pengeboran secara detail adalah :a. Daerah portal

b. Daerah yang secara topografi dekat terowongan, karena biasanya secara struktur lemah (overburden tipis).c. Lokasi yang berpotensi mengalami pelapukan berat.

d. Daerah yang berpotensi air tanah tinggi dan dan adanya batuan porous.2. Metode Dasar Pembuatan Terowongan Pada BatuanCara penggalian permukaan lubang bukaan digolongkan:

a. Cara portal

b. Cara open cut

Cara-cara tersebut dipengaruhi oleh kondisi tanah permukaan yang akan digali.Metoda penggalian ada 5 cara, yaitu:

Full faceCara dimana seluruh penampang terowongan digali secara bersamaan. Cara ini cocok untuk penampang melintang kecil hingga diameter 3 m, tapi dengan gunakan Drill jumbo menjadi dapat untuk terowongan ukuran besar.

Keuntungan dari menggunakan cara ini adalah pekerjaan menjadi lebih cepat, lintasan

pembuangan hasil peledakan dapat langsung dipasang bersamaan dengan proses penggalian berikutnya, dan proses tunneling dapat dilakukan secara kontinu. Sedangkan kerugiannya adalah saat penggalian banyak membutuhkan alat mekanis, tidak dapat digunakan untuk batuan yang tidak stabil, dan hanya terbatas untuk terowongan yang lintasannya pendek. Heading dan benchCara penggaliannya adalah bagian atas terowongan digali lebih dulu sampai mencapai 3 3.5 m (heading), selanjutnya penggalian bagian bawah penampang dikerjakan (bench cut) sampai membentuk penampang yang diinginkan. Proses ini diulangi sampai seluruh lintasan terowongan tercapai.

Untuk kondisi batuan yang buruk, cara penggalian dapat dimodifikasi menjadi top heading heading diperpanjang sampai 25 m 35m atau lebih, kemudian pasangi

penyangga, baru kemudian bench cut dibuat.Keuntungan dari menggunakan cara ini adalah memungkinkan pekerjaan pengeboran dan pembuangan sisa peledakan dilakukan secara simultan, efektif untuk ukuran terowongan penampang besar dan lintasan, dan dapat diterapkan untuk setiap kondisi batuan. Sedangkan kerugian dari menggunakan cara ini adalah metoda ini membutuhkan waktu yang lebih lama bila dibandingkan metoda full face. DriftCara yang digunakan dalam metoda ini adalah dengan menggali terlebih dahulu lubang bukaan yang berukuran kecil sepanjang lintasan terowongan, kemudian diperbesar sampai membentuk penampang yang direncanakan. Berdasar posisi lubang terhadap sumbu terowongan : Center drift

Diawali dengan penggalian lubang berukuran 2.5 m x 2.5 m 3m x 3m dari portal ke portal. Perluasan dimulai setelah penggalian center drift selesai, dengan membuat lubang untuk bahan peledakan yang dibor melingkar pada selimut drift dari sumbu terowongan.Keuntungan dari posisi lubang terhadap sumbu terowongan ini adalah sistem ventilasinya baik, tidak memerlukan sistem penyangga sementara, dan mucking dapat

dikerjakan bersama dengan pekerjaan penggalian.Sedangkan kerugiannya adalah pekerjaan perluasan harus menunggu center drift selesai secara keseluruhan, dan alat bor dipasang dengan pola tertentu, seringkali spasi alat bor dirubah sesuai dengan kondisi batuan yang diledakan.

Side drift

Dua drift digali sekaligus pada sisi-sisi penampang, sepanjang lintasan terowongan. Selanjutnya penggalian bagian arch diikuti dengan pemasangan penyangga sementara.

Selesai penyangga dipasang, penggalian bagian tengah dikerjakan.Keuntungan dari cara ini adalah proses lining dapat dikerjakan sebelum penggalian bagian tengah dilaksanakan, metoda ini efektif untuk terowongan besar dengan kondisi batuan yang buruk. Sedangkan kerugiannya adalah pekerjaan perluasan harus menunggu drift selesai dikerjakan. Top drift

Digunakan untuk penggalian endapan. Metodanya mirip dengan heading and

bench. Bottom drift

Penggalian dimulai dengan membuka bagian bawah penampang. Pembuatan lubang lubang bahan peledak untuk membuka bagian atas penampang dilakukan dengan membor dari Bottom drift vertikal ke atas. Sumuran vertikal

Awal dibuat lubang vertikal sampai pada terowongan yang akan digali. Dengan

demikian akan terbentuk tiga buah heading face.Sumuran dapat bersifat sementara atau permanen. Sumuran sementara berfungsi saat

pelaksanaan membantu pembuangan pelaksanaan pembuangan sisa sisa peledakan

(mucking), salah satu jalur untuk mensuplai peralatan dan material, dsb. Sumuran permanen bila masih tetap berfungsi setelah terowongan mulai digunakan untuk

keperluannya, misal sebagai sarana ventilasi. Pilot tunnel

Pillot tunnel digali paralel pada jarak 25 meter dari sumbu terowongan yang direncanakan dengan ukuran 2 x 2 m2 3 x 3 m2. Penggalian pada terowongan utama sendiri dilakukan dengan metoda drift.Pada interval tertentu dibuat cross cut memotong sumbu utama rencana. Bila cross cut mencapai drift, proses pelebaran dimulai dari titik ini dengan dua heading face. Bila cross cut mencapai titik dimana drift belum mencapai titik ini, maka drift heading dilakukan dengan titik potongan melintang.Keuntungannya adalah efektif untuk terowongan yang lintasannya panjang, dengan topografi yang tidak memungkinkan untuk membuat sumuran, pilot tunnel dengan sendirinya merupakan sistem ventilasi, mucking dapat dilakukan dengan cepat. Sedangkan kerugiannya adalah pekerjaannya memerlukan lebih banyak waktu, biaya

dibandingkan dengan metoda penggalian lainnya.Klasifikasi TerowonganDitinjau berdasarkan kegunaan terowongan, Made Astawa Rai (1988) membagi

terowongan menjadi 2 bagian, yaitu :

Terowongan lalu lintas ( traffic tunnel )

Terowongan kereta api

Adalah terowongan yang merupakan terowongan paling penting diantara terowongan lalu lintas.

Terowongan jalan raya

Terowongan yang dibangun untuk kendaraan bermotor karena pesatnya pertambahan lalu lintas jalan raya bersamaan dengan berkembangnya industri kendaraan bermotor.

Terowongan pejalan kaki

Terowongan ini termasuk dalam grup terowongan jalan (road tunnel) tetapi penampangnya lebih kecil, jari jari belokannya pendek dan kemiringannya besar (lebih besar dari 10%). Terowongan ini biasanya digunakan dibawah jalan raya yang ramai atau dibawah sungai dan kanal sebagai tempat menyebrang bagi pejalan kaki.

Terowongan navigasi

Terowongan ini dibuat untuk kepentingan lalu-lintas air di kanal-kanal dan sungai-sungai yang menghubungkan satu kanal atau sungai ke kanal lainnya. Disamping itu juga dibuat untuk menembus daerah pegunungan untuk memperpendek jarak dan memperlancar lalu lintas air.

Terowongan transportasi dibawah kota

Terowongan transportasi ditambang bawah tanah

Terowongan ini dibuat sebagai jalan masuk kedalam tambang bawah tanah yang digunakan untuk lalu lintas para pekerja tambang, mengangkut peralatan tambang, mengangkut batuan dan bijih hasil penambangan.

1. Terowongan angkutan

Terowongan stasiun pembangkit listrik air

Air dialihkan atau dialirkan dari sungai atau reservoir untuk digunakan sebagai pembangkit listrik disebuah stasiun pembangkit yang letaknya lebih rendah. Terowongan ini dapat dikategorikan pada suatu grup utama berdasarkan kegunaannya.

Terowongan penyediaan air

Terowongan ini hampir sama dengan terowongan stasiun pembangkit listrik air, perbedaannya hanya pada fungsi kedua terowongan tersebut. Fungsi dari terowongan penyediaan air adalah menyalurkan air dari mata air ketempat penyimpanan air di dalam kota atau membelokkan air ke tempat penyimpanan tersebut.

Terowongan untuk saluran air kotor

Terowongan ini dibuat untuk membuang air kotor dari kota atau pusat industri ke tempat pembuangan yang sudah disediakan. Terowongan yang digunakan untuk kepentingan umum

Terowongan ini biasanya dibuat di daerah perkotaan untuk menyalurkan kabel listrik dan telepon, pipa gas dan air, dan juga pipa pipa lainnya yang penting, dibuat dibawah saluran air, jalan raya, jalan kereta api, blok bangunan untuk memudahkan inspeksi secara kontinyu, pemeliharaan dan perbaikan sewaktu waktu kalau ada kerusakan.Berdasarkan lokasinya terowongan dibagi menjadi beberapa bagian sebagai berikut:

Underwater TunnelsTerowongan yang dibangun dibawah dasar muka air. Pada umunnya dibangun dibawah dasar dan sungai atau laut. Perhitungannya lebih kompleks, selain ada tekanan tanah.juga terdapat tekanan air yang besar.

Mountain TunnelsTerowongan jenis ini adalah salah satu terowongan yang mempunyai peran penting ketika suatu daerah memiliki topografi yang beragam, sehingga perlu adanya terowongan yang dibangun menembus sebuah bukit maupun gunung.

Tunnels at Shallow Depth and Water City StreetsJaringan transportasi di Negara-negara maju seperti Amerika, Inggris, dan Jepang banyak yang menerapkan tipe terowongan ini. Terowongan jenis ini sangat cocok untuk dibangun di perkotaan. Baik itu untuk transportasi maupun saluran drainase kota.

Berdasarkan material yang dipakai, Paulus P Raharjo (2004) menjelaskan terdapat 3 jenis terowongan, yaitu:

Terowongan Batuan (Rock Tunnels) =Terowongan batuan dibuat langsung pada batuan massif dengan cara pemboran atau peledakan. Terowongan batuan umumnya lebih mudah dikonstruksikan daripada terowongan melalui tanah lunak karena pada umumnya batuan dapat berdiri sendiri kecuali pada batuan yang mengalami fracture. Terowongan melalui tanah lunak (Soft Ground Tunnels) =Terowongan melalui tanah lunak dibuat melalui tanah lempung atau pasir atau batuan lunak (soft rock) . Karena jenis material ini runtuh bila digali, maka dibutuhkan suatu dinding atau atap yang kuat sebagai penahan bersamaan dengan proses penggalian. Umumnya digunakan shield (pelindung) untk memproteksi galian tersebut agar tidak runtuh. Teknik yang umum digunakan pada saat ini adalah shield tunneling Pada terowongan melalui tanah lunak ini, lining langsung dipasang dibelakang shield bersamaan dengan pergerakan maju dari mesin pembor terowongan (Tunnel Boring Machine).

Terowongan gali timbun (Cut and Cover Tunnel) = Terowongan ini dibuat dengan cara menggali sebuar trench pada tanah, kenudian dinding dan atap terowongan dikonstruksikan di dalam galian. Sesudah itu galian ditimbun kembali dan seluruh struktur berada dibawah timbunan tanah. (Sumber : Rai Made Astawa Rai : Teknik Terowongan: 1988)

Klasifikasi Terowongan berdasar Cara Pelaksanaannya

1) Micro Tunnel

Penggunaannya mayoritas untuk penempatan jalur pipa, kabel, dan jaringan air. Ukuran dari terowongan ini berkisar antara 60 cm s/d 100 cm dan dikerjakan secara modern dengan cara otomatis dengan peralatan robot.

2) Terowongan Dongkrak (Jacking)

Teknik pelaksanaan ini dipilih sebagai alternative karena pengggalian biasa terlalu mahal karena panjang yang terbatas, misalnya pembuatan underpass dan sejenisnya. Secara umum pelaksanaannya dilakukan dengan mendongkrak secara horizontal sebuah segmen beton precast atau baja memotong tanah dan membuang keluar secara manual bagian volume tanah yang terpotong segmen yang didongkrak tersebut.

3) Terowongan Batuan (Rock)

Terowongan ini dibuat menembus batuan masif yang relative keras dan dapat dilakukan langsung dengan metode penggalian menggunakan peralatan manual, mekanis maupun blasting. Masalah yang mungkin dihadapai adalah yang berkaitan dengan air tanah, dan struktur penopang pada zona patahan.

4) Terowongan melalui tanah lunak (soft ground)

Termasuk dalam kategoro ini adalah terowongan yang di buat melalui tanah lempung, pasir dan batuan lunak (soft rock). Karena mudah runtuh maka untuk pelaksanaan penggalian digunakan pelindung (shield). Sedangkan lining tunnel harus segera dipasang bersamaan dengan kemajuan gerakan Tunnel Boring Machine (TBM).

5) Terowongan Gali dan Timbun (Cut and Cover)

Terowongan ini dilaksanakan dengan menggali sebuah alur yang cukup sampai kedalaman yang diinginkan, kemudian pengecoran lining tunnel atau pemesangan lining precast dan melakukan penimbunan kembali (covering). Metode ini cocok dilaksanakan jika tersedia areal yang cukup, tidak mengganggu aktifitas dipermukaan dan letak jalur terowongan cukup dekat dengan permukaan.

6) Terowongan Bawah air (Underwater)

Terowongan ini biasanya melewati jalur batuan atau tanah lunak. Hal yang membedakan dengan terowongan tanah lunak adalah adanya tekanan air yang sangat tingggi, sehingga diperlukan metode untuk membuat terowongan menjadi kedap air. Salah satu metodenya yaitu dengan membuat trench di dasar sungai atau laut lalu menempatkan precast tube lining dan menerapkan teknik sambungan kedap air.

D. Terowongan Sipil dan Terowongan Tambang

Perbedaan mendasar antara terowongan Sipil dan terowongan tambang adalah sebagai berikut :

1) Kebanyakan terowongan Sipil adalah permanen, sedangkan terowongan tambang kebanyakan bersifat sementara (temporary). Beberapa terowongan tambang ada yang dirancang untuk dapat digunakan beberapa puluh tahun.

2) Terowongan Sipil digunakan untuk melayani kepentingan umum (transportasi, dll) sedangkan terowongan tambang digunakan untuk kepentingan khusus (pekerja atau aktifitas tambang).

3) Panjang terowongan tambang biasanya cukup besar karena digunakan untuk terowongan produksi tambang sedangkan terowongan Sipil kebanyakan dibuat sependek mungkin dan dilaksanakan dengan standart yang sangat ketat.

4) Jalur di mana terowongan tambang dibuat umumnya secara geologi telah diketahui cukup rinci karena adanya survey yang mendalam bersamaan dengan penyelidikan potensi material tambangnya. Sedangkan terowongan Sipil biasanya dibangun pada lokasi yang baru sehingga memerlukan penyelidikan geoteknik yang baru dan terperinci.

5) Kegiatan penambangan merupakan proses dinamis sehingga dapat mengakibatkan perubahan kondisi (rock reinforcement).

6) Biaya penyelidikan terowongan Sipil jauh lebih besar karena tuntutan masalah keamanan.

E. Akses Terowongan dan Manajemen Material

1) Konstruksi Portal

Akses masuk ke areal bawah tanah secara umum disebut portal. Akses ini dapat berupa sebuah shaft yang dikontruksi secara vertikal sampai kedalaman tertentu sesuai elevasi rencana terowongan utama (horisontal), atau berupa face terowongan yang bisa disiapkan secara horizontal karena kondisi lahan memungkinkan.

2) Manajemen Material

Yang dimaksud dengan manajemen material yang memerlukan pengaturan disini adalah:

Material hasil galian yang harus dibawa keluar terowongan.

Material supporting system dan elemen lining precast atau formwork dan beton cair yang harus dibawa masuk dalam terowongan dan geraka alat keluar masuk terowongan.

Air hasil dewatering di dalam terowongan yang harus dibuang keluar terowongan.II. TEKNIK GALIAN DALAM PELAKSANAAN TEROWONGANMetode galian dalam banyak diterapkan untuk pembuatan shaft dan stasiun pemberhentian bawah tanah. Dalam kondisi tertentu, membuat terowongan dengan metode cut and cover akan lebih murah daripada penggalian bawah tanah dengan mesin, kecuali jika dasar galian tempat jalur terowongan sangat dalam.

Metode dengan prinsip galian dalam yang dapat diterapkan adalah:

1) Galian Bebas

Metode ini adalah yang paling ekonomis, yaitu dengan cara membuat galian bebas tanpa perlu proteksi melainkan hanya dengan mendesain galian dengan slope galian yang aman.

2) Galian dengan Turap dan Penopang

System ini dilakukan dengan cara menggali secra bertahap dan memasang turap dan skur pada setiap tahap galian. Teknik ini umumnya diterapkan pada tanah kohesif dengan muka air tanah dibawah dasar galian. Cara ini terbatas untuk galian yang tidak terlalu lebar.

3) Dinding Berlin

Konstruksi dinding berlin dikerjakan dengan cara memancang batang baja profil H atau I dengan jarak tertentu dan memasang panel- panel kayu atau beton di antaranya. Jika galian cukup dalam, maka perkuatan dapat ditingkatkan dengan pemasangan angkur dan skur penopang.

4) Dinding Diafragma

Metode ini diaplikasikan dengan menggali menggunakan alat khusus dan galian dapat diisi dengan bentonite sehingga membentuk diafragma kedap air.

5) Dinding Pracetak

Metode ini merupakan kelanjutan dari metode diafragma. Dimana lubang galian yang sudah diisi bentonite kemudian dimasuki panel- panel pracetak.

6) Secant Pile

Secant pile adalah pembuatan tiang bor yang dikonstruksi secara rapat sehingga membentuk seperti dinding kedap air. Kecuali cara pengeboran dan cast insitu, metode dengan pemancangan langsung tiang beto pracetak juga sangat dimungkinkan.

7) Soil Nailing

Soil nailing adalah metode memperkuat struktur tanah dengan memasukan tulangan baja kedalam lubang bor yang disediakan dan kemudian dilakukan grouting pada lubang tersebut. Pelaksanaannya sangat efektif jika ditunjang dengan penggunaan shotcrete.

8) Angkur dan Skur

Jika ruang yang tersedia sangat terbatas maka perkuatan dapat menggunakan system angkur dan skur, cara ini dipandang sangat sederhana dan praktis.

III. TEROWONGAN PADA TANAH LUNAK

A. Metode Pelaksanaan Terowongan pada Tanah Lunak

Pengertian tanah lunak adalah material yang dapat digali secara manual. Material ini pada umumnya tidak dapat menahan berat sendiri dalam jangka waktu yang panjang. Dalam teknologi terowongan, tanah dimasukan dalam kategori soft ground.

Tanah yang kokoh dapat memberikan kondisi yang menguntungkan karena atap terowongan dapat dibiarkan tanpa disokong untuk beberapa waktu. Sebaliknya kondisi tanah yang lembek tidak mengunntungkan karena mudah runtuh atau bergerak menutup lubang galian.

Tingkat kesulitan dan biaya pelaksanaan terowongan pada tanah amat ditentukan oleh stand-up time dan posisi muka air tanah. Di atas muka air tanah, stand-up time ditentukan oleh kuat geser dan kuat tarik material, sedang dibawah muka air tanah, stand-up time ditentukan oleh nilai permeabilitasnya. Terzahi membedakan tanah dengan : Firm Ground, Ravelling Ground, Running Ground, Flowing Ground, Squezzing Ground, Swelling Ground.

Pada kondisi tanah yang buruk, dapat terjadi squeezing atau penciutan lubang galian, raveling yaitu tanah atau batuan yang rontok secara bertahap, running yaitu keruntuhan massa tanah atau batuan, dan flowing atau tanah mengalir (karena muka air tanah tingggi dan air cenderung membawa material tanah mengalir ke lubang galian terowongan). Secara garis besar ada dua metode yang applicable untuk tanah lunak yaitu metode gali timbun (cut and cover) dan metode shield tunneling.

B. Tunnel Boring Machine (TBM)

Sebuah Tunnel Boring Machine (TBM) adalah suatu system yang tidak dapat berdiri sendiri- sendiri. TBM yang lengkap bisa mencapai panjang 300 meter yang terdiri dari alat pemotong, alat penggali, system kemudi, gripping, pengebor, pengontrol, dan penyokong tanah, pemasang lining, alat pemindah material, system ventilasi serta sumber tenaga. Sedangkan pekerjaan rel, pembangkit tenaga dan saluran ventilasi dikerjakan pada bagian belakang TBM merupakan pekerjaan pendukung.

C. Konstruksi Lining

Beban yang dipikul oleh system penahan (supporting system) tergantung pada kondisi tanah saat pemasangannya. Jika tanah telah mencapai keseimbangan, maka lining tidak menahan beban yang berarti dan kondisi sebaliknya akan terjadi jika saat pemasangan kondisi tanah masih belum seimbang (labil).

Lining terowongan dapat sebagai suatu system pendukung yang bersifat temporer atau permanen. Kita dapat menentukan hal ini dengan melakukan perhitungan- perhitungan atau evaluasi terhadap apa yang dimungkinkan bisa terjadi selama waktu pelaksanaan dan selanjutnya melakukan penyelidikan untuk menentukan bagaimana hal tersebut bisa terjadi.

Persyarakan pokok untuk lining yang bersifat permanen adalah kekuatan, stabilitas, ketahanan, pengendalian rembesan dan deformasi sepanjang umur terowongan. Dua kriteria yang menentukan keberhasilan pelaksanaan terowongan pada tanah adalah kemampuan lining untuk menahan beban dan deformasi dan penurunan tanah permukaan akibat pengggalian.

D. Masalah pada Pelaksanaan Terowongan pada Tanah Lunak

Penurunan tanah dipermukaan adalah akibat deformasi yang disekitar galian dan tergantung cara pelaksanaan, kecepatan penggalian dan tegangan awal pada tanah (Peck, 1969).

Secara umum ada lima tahapan deformasi dalam penggunaan metode shield tunneling yaitu :

1. Penurunan awal

Yaitu penurunan yang terjadi akibat penurunan muka air tanah akibat proses dewatering selama pelaksanaan, biasa terjadi pada tanah pasir.

2. Deformasi tanah pada bagian muka galian.

Deformasi ini akan terjadi seketika karena ketidak seimbangan tegangan antara penyokong terowongan dengan tanah atau air tanah pada bagian muka terowongan.

3. Penurunan di atas posisi shield bekerja

Penurunan terjadi jika rongga galian besar dan akibat problem control alignment shield.

4. Penurunan setelah konstruksi rongga terbentuk, yaitu karena adanya ronggga antara dimensi galian tanah dan posisi lining (tail void).

5. Penurunan jangka panjang yang terjadi akibat peningkatan air pori sehubungan gerakan shield mendorong tanah.

Beberapa potensi masalah pada konstruksi terowongan diantaranya:

Penurunan dipermukaan tanah akibat adanya galian terowongan.

Masalah dewatering.

Keruntuhan di muka terowongan waktu penggalian.

Pergerakan dari struktur di bawah tanah.

Bocoran pada lining.

Beberapa metode perbaikan tanah yang serig digunakan dalam pekerjaan terowongan antara lain : pengendalian air tanah dengan dewatering, penggunaan udara bertekanan (compressed air), dan grouting.

IV. TEROWONGAN PADA BATUAN

A. Pendahuluan

Geologi adalah factor terpenting dalam menentukan jenis, bentuk dan biaya terowongan, pelaksanaan terowongan akan menemui tingkat ketidak pastian yang tinggi jika data kondisi batuan atau tanah disekitar terowongan tidak lengkap.

Sebelum pelaksanaan terowongan, pada umumnya akan dilakukan penyelidikan geologi teknik menggunakan metode pemboran, insitu testing, adits maupun pilot tunnel. Adits untuk ekplorasi umumnya tidak dilakukan kecuali suatu bagian terowongan dianggap berbahaya. Pada pemboran inti, core sampel harus selalu disimpan untuk membantu jika ditemui masalah geoteknik saat pelaksanaan.

Pilot tunnel adalah cara terbaik untuk menyelidiki lokasi terowongan dan harus digunakan bila terowongan berukuran besar akan dilaksanakan pada jalur yang mempunyai kondisi geologi yang kritis. Degan membuat pilot tunnel maka berbagai masalah yang akan ditemui pada pelaksanaan penggalian pada skala yang lebih besar dapat diantisipasi sedini mungkin.

Syarat utama untuk konstruksi suatu terowongan adalah :

1) Dapat dilaksanakan dengan aman.

2) Pelaksanaan tidak mengakibatkan kerusakan yang tidak dikehendaki pada bangunan penting lainnya.

3) Konstruksi terowongan harus minim pemeliharaan.

4) Dalam jangka panjang harus dapat menahan segala gaya yang bekerja , terutama tekanan tanah dan aair tanah.

B. Kondisi Batuan

1) Terowongan pada Massa Batuan

Batuan kompeten adalah batuan intact yang keras sehingga tidak memerlukan supporting namun kekerasannya harus menjadi pertimbangan dalam pelaksanaannya. Sedangkan batuan tidak kompeten memiliki sifat diskontinu berupa adanya joint, fault, zona fracture, sesar/ kekar, bidang foliasi, dll. Batuan ini dapat bervariasi, mulai batuan lunak hingga keras tergantung jenis mineral dan derajat pelapukannya.

2) Klasifikasi Massa Batuan

Berbeda dengan tanah dimana sifat- sifat lapisan tanah dapat dicerminkan oleh sampel tanah yang diuji di laboratorium. Pada batuan sifat batuan intact yang diperoleh dari pemeriksaan laboratorium ini tidak bisa mencerminkan sifat masa batuan yang ada karena keberadaan joint. Maka umumnya kemudian digunakan klasifikasi geomekanikatau Rock Mass Rating yang menggunakan enam parameter yang diperoleh dari pengukuran dilapangan dan laboratorium meliputi:

Kekuatan tekanan uniaksial dari batuan utuh (uniaxial compressive streght of intact rock material).

Rock Quality Designation (RQD).

Jarak Diskontinuitas.

Kondisi Diskontinuitas.

Keadaan air tanah.

Arah dari Diskontinuitas.

C. Masalah pada Pelaksanaan Terowongan pada Batuan

Jalur Terowongan yang melewatri Zona Patahan atau sesar aktif dapat membahayakan apabila elevasi terowongan dibawah muka air. Arah sesar terhadap sumbu terowongan harus dipertimbangkan dengan seksama.

Untuk menentukan efek joint pada konstruksi terowongan, Bieniawski (1974) mengelompokan massa batuan menjadi lima kelompok untuk mengetahui metode yang cocok digunakan untuk pelaksanaan. Material batuan dengan banyak joint dapat digali dengan menggunakan ripper.

Bidang permukaan joint yang lebar sering dijumpai dalam pelaksanaan terowongan. Jika arahnya sejajar atau hampir sejajar dengan as terowongan maka dapat menimbulkan masalah besar dalam pelaksanaannya.

Jangka waktu dimana masa batuan masih dalam kondisi stabil tanpa perlu sokongan disebut dengan Stand-Up Time atau bridging capacity. Stand-up time ini tergantung dari lebar bukaan, kekuatan batuan dan pola diskotinuitas. Bila Stand-up time rendah berarti segera setelah dilakukan pembukaan/ penggalian harus segera dilakukan proteksi atau supporting terhadap massa batuan yang ada.

Penciutan pada lubang terowongan yang digali dapat terjadi sebagai akibat perubahan kondisi tegangan, munculnya tegangan geser sesar dan adanya lapisan lempung ekspansif.

Masalah serius yang terjadi pada saat penggalian terowongan adalah adanya aliran air yang bersifat tiba- tiba dalam jumlah besar. Kondisi air tanah adalah factor penyebab utamanya. Untuk terowongan yang berada dibawah sungai atau laut, maka bocoran harus sama sekali dihindarkan, karena jumlah air yang dapat memasuki lubang terowongan akan sulit terkontrol. Pada terowongan sipil yang biasanya dangkal maka temperature tidak terlalu berpengaruh pada pelaksanaannya namun demikian biasanya hal tersebut dapat diantisipasi sepenuhnya dengan membuat sebuah ventilating system yang baik, hal ini juga sangat berguna untuk mengantisipasi adanya gas- gas berbahaya yang timbul dari massa batuan yang ada.

Getaran gempa adalah factor penting yang harus diperhitungkan dalam perencanaan lining dan supporting system. Pengaruh gempa biasanya relative lebih kecil dibandingkan pada struktur yang terdapat diatas permukaan tanah.

D. Metode Pelaksanaan Terowongan pada Batuan

Metode galian secara manual dilakukan bila kondisi batuan relative lunak, proteksi dilakukan secara konvensional dengan memasang penyokong disekeliling terowongan.

Metode galian dengan peledakan diawali dengan pemboran untuk penempatan bahan peledak. Peledakan dapat dilakuakn secara full face atau secara bertahap sesuai kondisi batuan dan peralatan yang tersedia. Metode blasting ini disamping cepat namun berdampak negatif karena dapat merusak struktur batuan disekelilingnya, sehingga perlu dilakukan sokongan yang lebih baik. Jenis- jenis supporting system yang bisa digunakan adalah dengan pemasangan steel rib, rock bolt, shotcrete dan wire mesh. Penyokong ini harus terpasang sebelum lining yang permanen dilaksanakan.

Metode terkini dalam penggalian terowongan pada kondisi batuan adalah dengan menggunakan Tunnel Boring Machine (TBM), namun sistim ini menjadi terlalu mahal untuk sebuah terowongan yang pendek.V. TEKNOLOGI TUNNEL BORING MACHINE (TBM)

Pemilihan metode tunneling dipengaruhi oleh beberapa factor, diantaranya termasuk:

1. Kondisi Tanah, ini merupakan factor utama yang tidak hanya mempengaruhi metode yang dipilih tetapi juga menjadi pembatas utama bagi metode-metode tertentu.

(a) Tanah Lunak: clay, gravel, sand,

weathered

rock

(b) Batu: batu dengan rentang kekuatan dari yang relative lunak seperti batuan sediment dengan UCS (unconfined compression strength) 10-40 MPa sampai dengan batuan igneous kuat dengan UCS 150-300 MPa.

(c) Mixed face: tunneling pada lapisan bedrock sering menghadapi bagian atas tunnel face berupa tanah atau heavily weathered rock sementara bagian bawah berupa batu.

2. Ukuran Tunnel, microtunnel dengan diameter kurang dari 0,9 m sampai dengan full face TBM (tunnel boring machine) dengan diameter sampai atau lebih dari 12 m semuanya membutuhkan perhatian dan penyelidikan yang komprehensif terhadap kondisi tanah. Meningkatnya diameter tunnel menyebabkan perubahan yang signifikan terhadap problem-probem khusus dalam tunneling.

3. Aspek Lingkungan, pengoperaisan peledakan maupun drill mungkin tidak dapat dilakukan didaerah perkotaan, perubahan muka air tanah dan perubahan pola drainase akibat aktivitas pekerjaan tunneling dapat mempengaruhi permukaan tanah.

4. Variabel Lokal, ketersediaan tenaga kerja yang menguasai tunneling, lokasi phisik lapangan, kondisi infrastruktur setempat adalah factor-faktor yang juga turut mempangaruhi pemelihan metode

Pada tulisan ini hanya akan dibahas metode tunneling yang menggunakan alat Tunnel Boring Machine (TBM) yang disesuaikan dengan kondisi tanah.

A. TBM untuk Tanah Lunak

1. Open Shield

Struktur dasar dari open shield terdiri dari tiga bagian yaitu, shield body, shield tail, dan

cutting edge

. Bentuk shield dibuat sama dengan dengan bentuk potongan tunnel, meskipun dimensinya agak sedikit lebih besar dari yang terakhir. Bentuk paling umum tunnel yang dibuat dengan TBM adalah sirkular, sehingga menyebabkan adanya tendensi rolling ketika maju.

Shield body. Bagian ini berupa shell baja yang diperkuat dengan rib dan bracing. Di bagian ini ditempatkan beberapa peralatan seperti hydraulic rams dan peralatan pompa hidrolik untuk mendorong shield maju ke depan. Panjang tipikal dari shield body ini sekitar 2 m, tergantung dari ukuran diameter galian.

Shield tail. Bagian ini terletak di belakang shield body, dan berfungsi sebagai penyedia ruangan untuk lining segments (precast lining) yang akan dipasang selama proses pemasangan lining berlangsung. Lebar tail umumnya sekitar satu setengah kali lebar unit lining. Biasanya antara lining dan tail terdapat celah sebesar 25 mm untuk melakukan koreksi alinemen.

Cutting edge. Shield bagian ini merupakan ujung terdepan yang membutuhkan perkuatan dengan plat baja. Seringkali bagian ini juga dilapis dengan material abrasion-resistant ketika menghadapi tanah keras.

Compressed-air sering digunakan ketika tunneling dilakukan di bawah muka air tanah di tanah pasir, disamping cara lain seperti menurunkan muka air tanah, grouting, dan freezing. Kebutuhan seperti ini menyebabkan dibuatnya alat TBM yang mampu melakukan tunneling untuk tanah non-cohesive baik di atas maupun di bawah m.a.t tanpa membutuhkan compressed air, yaitu dengan menggunakan bentonite shield.

2. Slurry Shield

Prinsip dasar dari metode operasi slurry shield adalah dengan meng-injeksikan slurry mixture bertekanan kedalam ruang yang menutupi working face. Akibatnya, tanah yang berada di depan tunnel face terpenetrasi dengan slurry dan menjadi cukup padat (efek filter cake) sehingga dapat dipotong oleh cutter head. Potongan material akan terkumpul di bagian bawah yang kemudian dipompa keluar. Bentonite akan dimasukkan kembali ke bagian face setelah dipisahkan dari partikel-partikel tanah.

3. Earth Pressure Balance (EPB) Shield

Shield bentuk ini digunakan pada tanah lunak di bawah m.a.t tanpa menggunakan slurry. Sebuah cutter head yang berputar dan dilengkapi dengan drag pick membentuk bagian depan dari shield machine tipe ini. Material yang telah digali akan terkumpul dalam ruang khusus di belakang cutter head dan membentuk sebuah plug yang memberikan daya dukung ke bagian face dan mengontrol pengaruh air tanah terhadap stabilitas tunnel face.

Debris yang terkompresi dikeluarkan menggunakan screw conveyor dan dimasukkan ke dalam system pembuangan. Dengan pengoperasian yang tidak membutuhkan slurry maupun air, maka pembuangan debris dapat dilakukan dengan mudah dan relative bersih.B. TBM untuk Hard Rock

Prinsip dasar operasi penggalian dengan TBM adalah penggunaan cutting head yang dilengkapi dengan cutters yang sesuai di bagian tunnel face. Cutting head diputar dengan kecepatan konstan dan dorongan ke tunnel face yang dilakukan oleh system pendorong hidrolik yang dijangkarkan ke sisi-sisi tunnel dengan hydraulic rams.C. Cutters

Bagian terpenting yang berfungsi untuk memotong tanah atau batu yang ditempatkan pada bagian cutting head adalah cutters. Berbagai tipe cutters digunakan dan dipilih sesuai dengan kondisi tanah setempat. Beberapa macam cutters beserta fungsinya, yaitu:

1. Drag cutters (picks)

Digunakan untuk tunneling di tanah lunak, tersedia dalam berbagai ukuran dan bentuk. Cara kerjanya adalah dengan memotong dalam gumpalan besar tanah sehingga memungkinkan penggalian tanah lunak dan plastis dilakukan secara efisien. Untuk penggalian batu drag cutter akan mudah aus bahkan rusak jika menghadapi batuan massif.

2. Disc cutter

Disc cutter digunakan untuk memecahkan batu dengan cara rolling dan menekan disc yang dipasang pada cutter head ke permukaan tunnel. Cutters tersebut dipasang pada heavy capacity bearing. Konfigurasi disc ini dapat berbentuk single, double, triple, atau multi disc. Prinsip kerjanya adalah dengan membentuk groove pada batuan disamping juga memberikan gaya geser untuk mematahkan puncak groove yang tersisa. Batuan dengan nilai UCS sampai dengan 175 MPa dapat dipotong dengan disc tipe ini. Batu dengan high abrasive akan menimbulkan kesulitan jika menggunakan disc tipe ini, sehingga aplikasinya terbatas pada batu dengan UCS yang lebih rendah. Pemasangan tungsten carbide disekeliling disc dapat meningkatkat aplikasinya pada batuan yang lebih keras.3. Roller cutter

Ada dua tipe roller cutter: milled-tooth dan tungsten carbide insert. Milled-tooth menyebabkan pecahnya batuan akibat penetrasi lokal, hasilnya berupa serpihan batuan disekitar cutter dengan keruntuhan kombinasi gaya geser dan tarik. Tungsten carbide insert digunakan khusus jika karakter abrasive batuan diluar kemampuan milled-tooth cutter. Galian batu dengan tungsten carbide insert roller cutter menyebabkan disintegrasi batuan dengan cara grinding dan pulverizing. Meskipun kecepatan penetrasinya relative lambat karena diproduksinya butiran halus dalam jumlah besar, dan harga cutters yang sangat mahal, cutter jenis ini mungkin merupakan tipe yang paling mungkin berhasil jika menghadapi batuan paling kuat yang mungkin ditemui saat penggunaan tunneling machine.G. Konfigurasi Cutting HeadPada kondisi tanah lunak, umumnya drag cutters digunakan pada seluruh permukaan cutting head face, tetapi pada kondisi batu berbagai kombinasi tipe cutter dan layout digunakan. Konfigurasi cutting head TBM terdiri dari tiga zone yang berbeda, yaitu bagian centre, face, dan outside edge.

Centre cutters. Bagian pusat membutuhkan serangkaian cutter untuk menghasilkan galian dengan cepat dan efektif pada kondisi kecepatan pemotongan yang relative rendah. Beberapa desian cutting head menggunakan cutters yang disusun dalam bentuk tricone untuk memecah batuan. Jika hanya menggantungkan galian batuan dengan cara grinding dan pulverizing pada posisi kunci ini, maka akan menyebabkan lambatnya pergerakan maju dari tunneling.

Face cutters. Main face area umumnya digali dengan disc atau roller, tegantung kekerasan batuan. Dalam beberapa situasi seperti pada batuan yang lebih lunak juga digunakan drag cutter.

Gauge cutter. Bagian ini terletak di ujung luar dari cutting head, dan bertujuan untuk membuat bukaan sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan. Gauge cutter umumnya dari tipe disc atau roller yang ditingkatkan kekuatannya agar mampu menahan aus lebih lama.