Pendahuluan: Tantangan Konstruksi Terowongan di Tanah Lemah dan Basah

Dalam proyek pembangunan infrastruktur berskala besar seperti rel kereta api atau jalan bawah tanah, tantangan geoteknik menjadi isu utama, terutama ketika konstruksi harus dilakukan pada lapisan tanah pasir yang lemah dan kaya air. Kondisi geologi seperti ini menyebabkan kestabilan batuan sekeliling menjadi sangat rendah, sehingga menimbulkan risiko deformasi besar, keruntuhan tanah, dan aliran air berlebih yang sulit dikendalikan. Paper ilmiah berjudul Study of the Stability of Tunnel Construction Based on Double-Heading Advance Construction Method oleh Song et al. (2020) membahas pendekatan inovatif untuk mengatasi tantangan tersebut dengan mengusulkan metode konstruksi baru yang disebut double-heading advance construction method.

Latar Belakang dan Studi Kasus: Terowongan Taoshuping

Sebagai konteks rekayasa, penelitian ini mengambil proyek Terowongan Taoshuping di Tiongkok, yang memiliki panjang 3220 meter dengan luas penampang hingga 180 m²—salah satu terowongan dengan penampang besar yang menembus lapisan pasir berair dengan semen lemah. Proyek ini mengalami kendala seperti air tanah melimpah (hingga 1000 m³ per hari), kestabilan batuan rendah (kelas VI), dan deformasi signifikan setelah penggalian.

Masalah Umum pada Konstruksi Terowongan di Tanah Lemah

1. Infiltrasi air tanah tinggi, menyebabkan hilangnya stabilitas diri tanah pasir bersemen lemah.
2. Deformasi besar dan keruntuhan, akibat lemahnya struktur tanah.
3. Efisiensi rendah, karena proses konstruksi kompleks dan area kerja terbatas.

Solusi: Metode Double-Heading Advance

Metode ini mengombinasikan kelebihan dari CRD (Cross Diaphragm), double-side drift, dan metode tujuh-langkah tiga-bench, namun mengatasi kelemahan dari tiap metode tradisional.

Langkah-langkah utama:

• Penggalian terowongan pandu di sisi kiri dan kanan bawah terlebih dahulu untuk mempercepat gravitasi dewatering.
• Penggalian bagian atas secara bertahap, dimulai dari sisi-sisi lalu ke tengah, membentuk closed-loop support menggunakan rangka baja.
• Penggalian bagian tengah dan busur terbalik setelah kestabilan relatif tercapai.

Temuan Utama: Simulasi Numerik dan Monitoring Lapangan

Dengan bantuan software MIDAS GTS NX dan data monitoring di lapangan, tim peneliti menemukan bahwa:

• Area kritis deformasi terjadi pada bagian 5, 6, dan 7, yang menyumbang 75.6% dari total penurunan tanah (12 mm, 9 mm, dan 7 mm berturut-turut).
• Tegangan maksimum mencapai +23 kPa dan minimum −232 kPa terjadi di area right hance (kaki lengkung kanan), mengindikasikan kebutuhan penguatan ekstra.
• Perbedaan tekanan batuan sekeliling antara sisi kiri dan kanan signifikan, dengan sisi kanan memiliki tekanan lebih besar.
• Deformasi plastis paling terkonsentrasi di bagian lengkung, perlu pemasangan feet-lock pipes untuk meningkatkan daya dukung.

Optimasi Desain Konstruksi

1. Tinggi penggalian bagian atas yang optimal adalah 5.4 meter, karena menyeimbangkan antara ruang kerja dan deformasi tanah yang terjadi.
   • Jika ditingkatkan menjadi 6.2 meter, deformasi vertikal meningkat hingga 34% dan deformasi horizontal 46%.
2. Jarak antar bagian 1 dan 5 yang optimal adalah 25–30 meter, didasarkan pada tiga skenario simulasi:
   • Jarak 20 m menyebabkan penurunan kubah 48 mm.
   • Jarak 30 m menurunkan deformasi menjadi hanya 28 mm.

Validasi Lapangan: Konsistensi Tren dengan Simulasi

Meskipun nilai absolut berbeda (misalnya: simulasi menunjukkan penurunan 37 mm, sementara monitoring menunjukkan 53 mm), tren keduanya konsisten. Ini menandakan bahwa pendekatan simulatif efektif dalam memprediksi perilaku geoteknik nyata.

Studi Monitoring di Lapangan

• Di titik pengukuran DK5 + 180:
  • Tekanan tertinggi terjadi di kubah (123.21 kPa) dan right spandrel (109.94 kPa).
  • Penurunan maksimum mencapai 50 mm, terutama setelah bagian 5–7 digali.
  • Konvergensi maksimum mencapai 40 mm, dan lebih tinggi di spandrel daripada di terowongan pandu bawah.
  • Semua nilai ini berada dalam batas aman berdasarkan regulasi kelas VI batuan lunak.

Keunggulan Strategis Metode Double-Heading

• Efisiensi pengendalian air tanah: penggalian awal di bawah memudahkan dewatering gravitasi.
• Stabilitas lebih baik: deformasi terkontrol sejak awal karena metode closed-loop dan kontrol progresif.
• Cocok untuk geologi ekstrem: pada tanah pasir berair dengan semen lemah, metode ini lebih dapat diandalkan dibanding metode konvensional yang lebih murah namun berisiko tinggi terhadap keruntuhan.

Kritik dan Pertimbangan Ekonomis

Meski metode ini lebih mahal dan lambat, ia menghindari biaya tak terduga akibat rework, keterlambatan proyek, atau kecelakaan kerja. Dalam konteks proyek bernilai miliaran rupiah atau USD, stabilitas dan keamanan menjadi prioritas utama dibanding efisiensi waktu.

Kesimpulan dan Implikasi Industri

Metode double-heading advance memberikan solusi inovatif dan terbukti efektif untuk pembangunan terowongan di medan sulit. Dalam proyek seperti MRT bawah tanah, rel antarkota, atau proyek trans-nasional seperti Belt and Road Initiative, pendekatan ini menawarkan kestabilan jangka panjang dan pengurangan risiko geoteknik yang signifikan.

Rekomendasi praktis:

• Terapkan metode ini pada lapisan pasir lemah dengan air tanah tinggi.
• Lakukan penggalian tahap demi tahap dengan closed-loop support.
• Perkuat monitoring di area kaki lengkung kanan.
• Lakukan simulasi numerik terlebih dahulu sebelum proyek skala besar.

 Sumber Artikel: Song, Z., Shi, G., Zhao, B., Zhao, K., & Wang, J. (2020). Study of the stability of tunnel construction based on double-heading advance construction method. Advances in Mechanical Engineering, 12(1), 1–17. DOI: 10.1177/1687814019896964.

Mengapa Akurasi Data Terowongan 3D Itu Penting?

Dalam dunia infrastruktur bawah tanah, khususnya terowongan kereta dan metro, presisi dalam pengukuran struktur menjadi krusial untuk pemeliharaan dan keselamatan operasional. Namun, banyak lokasi seperti subway atau terowongan pegunungan tidak memiliki sinyal GPS, membuat pengukuran 3D jadi menantang.

Untuk menjawab tantangan ini, Han, Sun, dan Zhong (2021) memperkenalkan metode baru dalam artikel ilmiahnya: pemulihan linier tiga dimensi berdasarkan garis tengah rel dan pemindaian laser mobile tanpa kendali GPS.

Permasalahan: Akurasi Tinggi dalam Ruang Terbatas

Tiga tantangan besar dalam pengukuran terowongan saat ini adalah:

1. Sulit dilakukan secara menyeluruh karena ukuran besar dan bentuk melingkar.
2. Tidak cukup cepat untuk pemantauan rutin di area padat kendaraan seperti metro.
3. Tidak akurat bila hanya mengandalkan sistem INS tanpa koreksi GNSS.

Solusi: Metode Restorasi Linier 3D Tanpa Navigasi Terintegrasi

Peneliti mengembangkan metode berbasis:

• Pemindaian point cloud dengan laser scanner bergerak (Mobile Tunnel Measurement System / MTMS).
• Interpolasi cubic spline dari data garis tengah rel nyata.
• Perhitungan rotasi dan translasi untuk memindahkan data dari koordinat relatif ke absolut.

Kelebihan utama metode ini adalah menghindari kebutuhan akan sistem navigasi terintegrasi mahal seperti GPS-IMU, menjadikannya cocok untuk proyek urban berbiaya menengah.

Studi Kasus: Terowongan Metro Shenzhen

Metode diuji menggunakan:

• Scanner Leica ScanStation P16 yang memindai pada kecepatan 100 Hz.
• Kecepatan kendaraan pemindai: 1.5 m/s.
• Kerapatan data radial: ±15 mm, dan sirkumferensial: ±1 mm.
• Diameter dalam terowongan: 5.4 meter dengan segmentasi cincin lebar 1.5 meter.

Pengukuran dilakukan pada beberapa target referensi yang telah diukur ulang menggunakan total station untuk memvalidasi hasil point cloud.

Hasil Akurasi: Deformasi dan Deviasi Terkontrol

Hasil verifikasi menunjukkan bahwa:

• Deviasi horizontal maksimum: 87.5 mm, dengan rata-rata 55.1 mm.
• Deviasi vertikal maksimum: 94.9 mm, rata-rata hanya 27.4 mm.
• Kesalahan posisi titik dapat dikendalikan di bawah 0.1 meter, sangat cukup untuk keperluan pemodelan digital dan analisis.

Keunggulan Dibanding Metode Sebelumnya

Metode lama bergantung pada:

• Data desain (seringkali tidak tersedia atau tidak sesuai dengan kondisi nyata).
• Navigasi terintegrasi (GNSS + IMU) yang mahal dan kompleks.

Sebaliknya, metode baru ini:

• Lebih murah dan cepat.
• Cocok untuk sistem struktur berulang seperti segmen terowongan atau bantalan rel.
• Dapat menghasilkan point cloud yang sesuai dengan sistem koordinat absolut, cocok untuk pemodelan BIM, deteksi deformasi, dan inspeksi visual 3D.

Mekanisme Perhitungan yang Diterapkan

1. Translasi:
Menggunakan interpolasi spline dari titik tengah jalur yang diukur, kemudian dibandingkan dengan pusat relatif scanner untuk menghitung pergeseran X, Y, dan Z.

2. Rotasi:
Dihitung berdasarkan:

• Sudut defleksi horizontal (dari kurva desain horizontal),
• Kemiringan lateral (berdasarkan elevasi),
• Defleksi vertikal (dari kemiringan kurva vertikal).

Setelah parameter translasi dan rotasi dihitung, data point cloud pada sistem lokal dapat dipetakan ke sistem koordinat absolut.

Penerapan dan Implikasi Nyata

Di proyek kereta berat di Tiongkok, metode ini digunakan untuk modeling digital sebagai bagian dari manajemen terowongan berbasis BIM dan GIS.

Metode ini juga diuji terhadap data airborne radar dan navigasi terintegrasi. Hasilnya setara, meskipun biaya dan prosesnya jauh lebih efisien.

Kelebihan Tambahan untuk Digitalisasi Infrastruktur

Metode ini sangat berguna dalam:

• Pemodelan 3D secara presisi di lingkungan tanpa GPS.
• Manajemen aset digital dari jaringan transportasi bawah tanah.
• Analisis deformasi dan deteksi penyimpangan dari data cross-section point cloud.

Kritik dan Arah Penelitian Lanjutan

Meskipun hasilnya menjanjikan, akurasi metode ini masih pada tingkat sentimeter. Untuk aplikasi seperti pengawasan deformasi mikro atau stabilitas lintasan dalam jangka panjang, dibutuhkan integrasi metode ini dengan sensor tambahan atau algoritma SLAM yang diperbarui.

Penelitian lanjutan akan fokus pada:

• Penambahan modul navigasi inersial.
• Koreksi posisi otomatis dengan kontrol titik minimal.
• Pengembangan rekonstruksi 3D adaptif untuk struktur berulang.

Kesimpulan

Metode pemulihan linier 3D berbasis data pengukuran jalur dan pemindaian laser ini:

• Memberikan alternatif akurat tanpa navigasi terintegrasi.
• Memungkinkan konversi data point cloud relatif menjadi absolut dengan deviasi rendah.
• Membuka peluang baru untuk pemodelan dan pengelolaan infrastruktur bawah tanah, terutama di lingkungan kompleks seperti subway dan jalur rel berat.

Sumber : Han, Yulong; Sun, Haili; Zhong, Ruofei. (2021). Three-Dimensional Linear Restoration of a Tunnel Based on Measured Track and Uncontrolled Mobile Laser Scanning. Sensors, 21(11), 3815.

Pendahuluan: Pentingnya Analisis Pembukaan Cross-Passage pada Terowongan TBM

Dalam konstruksi terowongan menggunakan Tunnel Boring Machine (TBM), pembukaan cross-passage-jalur penghubung antara terowongan utama-merupakan tahap kritis yang menuntut perhatian khusus pada stabilitas struktur. Saat segmen precast lining dibuka untuk membuat cross-passage, terjadi redistribusi tegangan yang dapat mengancam integritas terowongan jika tidak ditangani dengan benar. Studi ini mengkaji dua metode analisis yang banyak digunakan untuk mengevaluasi beban dan tegangan pada lining terowongan: 3D Finite Difference Method (FDM) dan 3D Shell-Spring Model (SSM).

Latar Belakang dan Tujuan Penelitian

Pembukaan cross-passage menyebabkan gangguan pada kontinuitas cincin segmen lining, sehingga gaya-gaya dalam struktur berubah dan perlu dianalisis secara akurat untuk memastikan keamanan. Metode FDM dan SSM memiliki pendekatan berbeda:

• FDM (Finite Difference Method) menggunakan pendekatan numerik untuk memodelkan interaksi tanah-struktur secara detail.
• SSM (Shell-Spring Model) menggunakan elemen struktural yang lebih sederhana untuk meniru perilaku lining dengan efisiensi komputasi lebih tinggi.

Penelitian bertujuan membandingkan efektivitas kedua metode ini dalam memprediksi gaya-gaya pada lining saat pembukaan cross-passage, serta menguji desain sistem penyangga sementara yang diperlukan.

Metodologi: Pendekatan Model dan Studi Kasus

Penulis menggunakan perangkat lunak FLAC3D untuk simulasi FDM dan SAP2000 untuk model SSM. Studi kasus yang dianalisis adalah pembukaan cross-passage antara dua terowongan bored tunnel dengan lining segmen precast.

• Model memperhitungkan sambungan longitudinal dan circumferential antar segmen dan cincin.
• Simulasi dilakukan sebelum dan sesudah pembukaan cross-passage untuk melihat perubahan gaya dalam lining.
• Sistem penyangga baja sementara juga dimodelkan untuk menilai efektivitasnya dalam menahan beban tambahan.

Temuan Utama dan Analisis Data

Keselarasan Hasil Sebelum Pembukaan Cross-Passage

• Kedua metode menghasilkan prediksi gaya anggota lining yang sejalan sebelum pembukaan cross-passage.
• Ini menunjukkan bahwa untuk kondisi terowongan tanpa gangguan, model SSM yang lebih sederhana dapat menggantikan FDM dengan akurasi yang memadai.

Perbedaan Setelah Pembukaan Cross-Passage

• Setelah pembukaan cross-passage, terjadi redistribusi tegangan yang kompleks.
• Hasil gaya anggota lining dari FDM dan SSM mulai berbeda signifikan, terutama di area lateral pembukaan.
• FDM mampu menangkap efek stres 3D yang lebih detail, sedangkan SSM cenderung menyederhanakan distribusi gaya.

Pengaruh Sambungan Antar Segmen dan Cincin

• Penambahan model sambungan longitudinal dan circumferential pada lining menunjukkan pengaruh besar pada mekanisme transfer beban.
• Sambungan ini memperlihatkan bagaimana beban dari cincin yang terbuka dialihkan ke cincin sebelahnya, penting untuk desain penyangga sementara.

Efektivitas Sistem Penyangga Baja Sementara

• Pemasangan penyangga baja sementara secara signifikan mengurangi beban pada segmen lining yang terbuka.
• Kedua metode mampu memodelkan pengaruh penyangga ini, meskipun dengan tingkat detail berbeda.
• Sistem penyangga ini penting untuk menjaga stabilitas selama fase konstruksi pembukaan cross-passage.

Studi Kasus: Data Kuantitatif Penting

• Model FDM dan SSM menunjukkan perbedaan gaya anggota hingga 15-20% setelah pembukaan.
• Beban maksimum terjadi pada segmen lateral pembukaan cross-passage.
• Sistem penyangga baja mengurangi beban tersebut hingga lebih dari 30%, meningkatkan faktor keamanan.

Opini dan Perbandingan dengan Penelitian Lain

Penelitian ini menegaskan bahwa model shell-spring yang lebih sederhana dapat digunakan untuk analisis awal dan desain sistem penyangga, terutama untuk mempercepat proses desain tanpa mengorbankan akurasi signifikan. Namun, untuk analisis mendalam dan validasi akhir, terutama pada area kritis seperti pembukaan cross-passage, metode finite difference 3D tetap lebih unggul karena mampu menangkap distribusi tegangan yang kompleks dan efek interaksi tanah-struktur lebih detail.

Dibandingkan dengan studi lain yang menggunakan metode elemen hingga penuh, pendekatan ini menawarkan keseimbangan antara akurasi dan efisiensi komputasi. Hal ini sangat relevan dalam proyek besar yang membutuhkan simulasi cepat namun tetap akurat.

Relevansi dengan Tren Industri dan Pembelajaran

Dalam industri konstruksi terowongan modern, penggunaan metode numerik yang efisien dan akurat sangat penting untuk mengurangi risiko kegagalan struktur dan meningkatkan keselamatan. Studi ini memberikan wawasan praktis bagi insinyur dan mahasiswa teknik sipil mengenai:

• Pentingnya pemilihan metode analisis yang tepat sesuai fase konstruksi.
• Peran sistem penyangga sementara dalam menjaga stabilitas struktur saat pembukaan cross-passage.
• Integrasi antara simulasi numerik dan desain praktis untuk pengambilan keputusan yang lebih baik.

Kesimpulan

Penelitian ini membuktikan bahwa 3D shell-spring model adalah alat yang efisien dan cukup akurat untuk analisis struktur lining terowongan tanpa pembukaan, serta untuk desain penyangga sementara. Namun, untuk kondisi setelah pembukaan cross-passage yang menimbulkan redistribusi tegangan kompleks, 3D finite difference method memberikan hasil yang lebih akurat dan detail. Kombinasi kedua metode ini dapat digunakan secara strategis untuk optimasi desain dan pelaksanaan konstruksi terowongan TBM dengan cross-passage.

Sumber : Hosameldin Khogali Suliman Hag Hamid (2023), Design and analysis of tunnel cross-passage opening: 3D finite difference analysis vs 3D shell-spring approach, Master of Science Thesis, Politecnico di Milano.

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.