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.