Pendahuluan: Ancaman Tersembunyi di Balik Proyek Terowongan Kota
Pembangunan terowongan bawah tanah menggunakan metode shield tunneling telah menjadi andalan dalam proyek infrastruktur perkotaan modern seperti MRT dan subway. Namun, saat jalur baru melintasi struktur lama—misalnya terowongan, saluran pipa, atau fondasi bangunan—muncul risiko geoteknik yang tinggi, termasuk penurunan tanah (settlement), retakan, hingga kegagalan struktural. Untuk itu, para peneliti dari China University of Mining and Technology dan mitranya mengembangkan platform manajemen pintar berbasis analisis numerik dan teknologi informasi untuk mengatasi tantangan ini.
Studi ini tidak hanya membahas teori, tetapi juga menyajikan penerapan nyata pada proyek Beijing Metro Line 12 yang membuktikan efektivitas sistem dalam mendeteksi, menganalisis, dan mengendalikan risiko saat melintasi jalur eksisting Line 10.
Latar Belakang: Kebutuhan Solusi Cerdas dalam Konstruksi Terowongan
Di kota besar, proyek terowongan seringkali dihadapkan pada sumber risiko seperti:
- Bangunan lama
- Terowongan eksisting
- Pipa utilitas vital
- Lalu lintas padat
Konstruksi di area tersebut menimbulkan settlement tanah jangka pendek dan jangka panjang akibat perubahan tekanan tanah dan dissipasi tekanan air pori. Kegagalan prediksi terhadap fenomena ini telah menyebabkan banyak kecelakaan konstruksi. Maka, dibutuhkan model prediksi yang mempertimbangkan pemadatan tanah seiring waktu dan bukan hanya reaksi awal saat penggalian.
Solusi: Model Teoritis Baru + Platform Kendali Cerdas 3D
1. Model Perhitungan Settlement Jangka Panjang
Berbeda dari model klasik yang hanya menghitung immediate settlement, penelitian ini menyertakan:
- Konsolidasi tanah akibat dissipasi tekanan air pori
- Gaya tambahan dari shield machine (gaya dorong, gesekan, dan tekanan grouting)
- Pengaruh pembebasan tekanan tanah akibat penggalian
Hasil analisis menggunakan pendekatan energi minimum dan teori elastisitas dengan parameter utama seperti:
- Diameter terowongan baru: 6,4 m
- Tekanan dorong (q): 120 kPa
- Tekanan grouting (p): 350 kPa
- Gesekan shield (f): 150 kPa
Platform mengintegrasikan data ini ke dalam simulasi 3D untuk prediksi deformasi yang lebih realistis.
2. Platform 3D Cerdas Berbasis BIM-GIS-IoT
Sistem ini menggabungkan:
- Building Information Modeling (BIM)
- Geographic Information System (GIS)
- Internet of Things (IoT)
- Geoscience Modeling
- City Information Modeling (CIM)
Fungsinya meliputi:
- Akuisisi data real-time (settlement, tekanan, deformasi)
- Analisis spasial 3D
- Skenario digital twin
- Peringatan dini otomatis (threshold merah-kuning-oranye)
Studi Kasus: Beijing Metro Line 12 Menyeberangi Line 10
Deskripsi Proyek
Proyek ini melibatkan pembangunan Line 12 yang melintasi Line 10 dengan jarak antar terowongan minimum hanya 2,186 meter. Hal ini menimbulkan tantangan besar karena:
- Kedalaman dan arah galian memengaruhi distribusi tekanan tanah
- Struktur eksisting harus tetap stabil selama dan setelah penggalian
Temuan dari Platform:
- Nilai maksimal settlement aktual: 4,4 mm
- Hasil prediksi model baru: 4,2 mm
- Selisih hanya 0,2 mm, jauh lebih akurat dibanding model lain
➡️ Ini menunjukkan akurasi tinggi dari model karena mempertimbangkan settlement jangka panjang akibat konsolidasi tanah, bukan hanya reaksi awal.
Peran Konsolidasi Tanah dalam Risiko Konstruksi
Poin penting dari studi ini adalah bahwa:
- Settlement tidak berhenti setelah penggalian selesai
- Proses pemadatan (consolidation) terus berlangsung karena hilangnya tekanan air pori berlebih
- Faktor utama pemicu konsolidasi adalah kombinasi antara tekanan grouting, gesekan perisai, dan tekanan dorong mesin bor
Tekanan air pori maksimum ditemukan tepat di titik perpotongan dua terowongan, menjadikan area ini paling rentan. Oleh karena itu, prediksi dan pengendalian harus difokuskan di zona ini.
Inovasi Digital Twin: Replikasi Digital Konstruksi Real-Time
Platform ini tidak hanya menghitung, tetapi juga:
- Menampilkan konstruksi secara visual dalam 3D
- Menghadirkan sistem digital twin, yaitu kembaran digital dari proyek nyata
- Mengintegrasikan pembelajaran pengalaman (experience library) dari tahap kiri (left line) untuk diterapkan di kanan (right line)
Dengan ini, sistem menjadi adaptif dan prediktif, bukan reaktif. Ketika nilai monitoring melampaui ambang batas, sistem secara otomatis memicu peringatan dan rekomendasi tindakan: seperti penyesuaian parameter shield, injeksi grouting tambahan, atau penguatan struktur.
Analisis Kritis dan Dampak Luas
Kelebihan
- Pendekatan komprehensif mencakup faktor fisik, mekanik, dan teknologi digital
- Implementasi langsung di proyek nyata menunjukkan applicability
- Penggunaan sistem digital twin meningkatkan akurasi kontrol proyek dan efisiensi operasional
Kekurangan
- Biaya awal untuk membangun sistem cukup tinggi
- Butuh pelatihan tenaga kerja untuk mengelola data dan interpretasi hasil
Namun demikian, biaya ini akan menurun signifikan seiring dengan adopsi luas dan akumulasi basis data dari proyek-proyek lain.
Kesimpulan: Masa Depan Konstruksi Terowongan Ada di Tangan Teknologi Cerdas
Dengan urbanisasi yang semakin cepat dan ruang kota yang makin sempit, pembangunan bawah tanah adalah keniscayaan. Namun, risiko teknik yang menyertai proyek ini tidak bisa dianggap remeh. Penelitian ini menunjukkan bahwa gabungan antara model teoritis mutakhir dan platform digital 3D berbasis BIM-GIS-IoT mampu mengubah paradigma pengelolaan risiko dalam konstruksi.
Akurasi prediksi, efektivitas peringatan dini, dan integrasi data multi-sumber menjadikan platform ini sebagai solusi masa depan yang relevan, terutama di kota-kota besar yang padat infrastruktur.
Dengan demikian, teknologi ini tidak hanya menyelamatkan waktu dan biaya proyek, tetapi juga menjaga keselamatan publik dan keberlanjutan struktur perkotaan.
Sumber : Development and engineering application of intelligent management and control platform for the shield tunneling construction close to risk sources – Journal of Intelligent Construction, 2024.