Mengupas Risiko Penurunan Tanah Akibat Konstruksi Terowongan di Tanah Loess: Studi Komprehensif Xi’an Metro
Penurunan tanah permukaan (surface settlement/SS) akibat konstruksi terowongan dengan metode shield tunneling menjadi tantangan serius dalam teknik sipil, khususnya di wilayah tanah loess seperti Xi’an, Tiongkok. Artikel oleh Caihui Zhu (2021) dari Advances in Materials Science and Engineering mengulas secara mendalam sembilan faktor utama yang menyebabkan SS dan menyajikan model prediksi serta analisis sensitivitas dari setiap faktor tersebut.
Dengan mengangkat studi kasus pada Xi’an Metro Line 2, artikel ini menggabungkan pendekatan teori analitik, simulasi numerik, dan data geoteknik aktual untuk memberikan panduan teknis dalam pengendalian risiko penurunan tanah di wilayah loess yang rawan konsolidasi dan perubahan kadar air tanah.
Kenapa Penurunan Tanah Penting untuk Dikaji?
Terowongan di Xi’an dibangun di bawah situs kuno, gedung tinggi, jaringan pipa air dan gas, serta struktur infrastruktur penting lainnya. Penurunan tanah yang tidak terkendali dapat menyebabkan:
-
Retakan pada segmen lapisan pelapis terowongan
-
Infiltrasi air
-
Kerusakan pada pipa bawah tanah
-
Kemiringan bangunan dan pondasi
Studi ini mengklasifikasikan penurunan tanah menjadi dua jenis:
-
Selama masa konstruksi (karena kontrol buruk dalam penggalian)
-
Setelah konstruksi selesai (karena perubahan geoteknik seperti penyusutan air tanah atau getaran kereta)
Sembilan Faktor Penyebab Penurunan Tanah
Artikel ini mengidentifikasi sembilan penyebab utama, yaitu:
-
Tekanan pendukung shield yang tidak memadai
-
Grouting di bagian ekor shield yang tidak mencukupi
-
Tekanan grouting yang kurang optimal
-
Penggalian berlebih akibat gerakan shield
-
Posisi atau kemiringan shield yang tidak tepat
-
Rekompresi tanah di zona longgar
-
Dissipasi tekanan air pori berlebih
-
Penurunan muka air tanah
-
Getaran dari operasi kereta
Studi Kasus: Xi’an Metro Line 2
Dalam proyek ini, kedalaman terowongan berkisar antara 14–22 meter, menembus lapisan tanah seperti:
-
Loess jenuh
-
Tanah kuno
-
Tanah liat berpasir
Parameter seperti modulus elastisitas tanah, tekanan air pori, dan koefisien konsolidasi digunakan untuk menghitung penurunan berdasarkan rumus analitik. Artikel memuat detail rinci, misalnya:
Rata-rata modulus kompresi loess jenuh: 6.0 MPa
Koefisien konsolidasi: 0.50 MPa⁻¹
Estimasi Penurunan: Teori yang Diterapkan
Selama Konstruksi: Digunakan pendekatan seperti Peck Curve untuk mengukur volume kehilangan tanah. Lima faktor dihitung kontribusinya terhadap penurunan tanah melalui:
-
Rasio tekanan shield terhadap tekanan tanah sekitarnya
-
Efektivitas grouting dan celah fisik antara lapisan pelapis dan tanah
-
Sudut penyimpangan shield
Setelah Konstruksi: Empat faktor tambahan dipertimbangkan, seperti:
-
Konsolidasi akibat hilangnya tekanan air pori
-
Penurunan air tanah yang mendorong konsolidasi tambahan
-
Kompaksi akibat getaran kereta
Hasil Analisis Sensitivitas
Faktor paling berpengaruh terhadap penurunan tanah (MSS):
-
Rasio radius zona tanah longgar (η): 98,97
-
Penurunan muka air tanah (θ): 11,20
-
Efisiensi grouting di ekor shield (ω): 4,00
Faktor paling kecil dampaknya:
-
Kemiringan shield (ξ): 0,99
-
Penggalian berlebih (κ): 0,99
Opini Fadil:
Artikel ini menunjukkan bahwa kontrol terhadap gangguan tanah saat penggalian shield adalah faktor dominan. Menariknya, efek jangka panjang akibat penurunan air tanah punya dampak yang hampir tak kalah signifikan, menyoroti pentingnya sistem drainase yang baik pada proyek bawah tanah.
Pendekatan Praktis untuk Pengendalian
Artikel ini tidak hanya teoritis, namun menyarankan tindakan praktis:
-
Penguatan struktur tanah dalam radius 3–5 meter di sekitar terowongan
-
Penggunaan grouting bertekanan tinggi dengan pengawasan ketat
-
Sistem drainase dan isolasi air yang solid untuk mencegah infiltrasi
-
Monitoring getaran dan penggunaan bahan peredam getaran pada rel
Kritik dan Perbandingan
Meski lengkap dan sistematis, studi ini masih mengandalkan model matematika deterministik. Di era AI dan machine learning, pendekatan berbasis data besar bisa memperkaya akurasi prediksi, terutama untuk daerah yang memiliki keragaman geoteknik tinggi.
Perbandingan:
Penelitian Soga et al. (2006) di London Underground menunjukkan bahwa kombinasi pemantauan real-time dengan model numerik bisa menurunkan risiko kerusakan struktur secara signifikan. Pendekatan serupa perlu diadopsi di proyek-proyek Asia yang menghadapi urbanisasi cepat.
Kesimpulan
Penelitian Caihui Zhu menawarkan peta jalan sistematis dalam memahami dan mengendalikan penurunan tanah akibat konstruksi terowongan di tanah loess. Dengan analisis sembilan faktor utama dan sensitivitasnya, artikel ini menjadi referensi penting bagi:
-
Kontraktor dan konsultan teknik sipil
-
Perencana metro atau MRT di wilayah rawan longsor
-
Akademisi dan peneliti geoteknik
Dalam konteks urbanisasi cepat dan pembangunan transportasi bawah tanah, pendekatan seperti ini penting untuk memastikan keamanan struktur, efisiensi biaya, dan kelestarian lingkungan bawah tanah.
Sumber : Zhu, C. (2021). Surface Settlement Analysis Induced by Shield Tunneling Construction in the Loess Region. Advances in Materials Science and Engineering, 2021, Article ID 5573372.