4_Bab IV Metode Penerowongan.pdf

IV-1

Buku Ajar Teknik Terowongan Te rowongan dan Penyanggaan Penyanggaan

BAB IV METODE PENEROWONGAN Terowongan dapat dibangun menggunakan sejumlah metode berbeda. Bab ini membahas metode-metode tersebut disertai penerapan dan keterbatasannya. Secara keseluruhan, metode penerowongan berhubungan dengan metode penyanggaan dan perkuatan batuan. Lebih jauh lagi, dalam memilih metode penerowongan yang paling cocok, beberapa aspek perlu dipertimbangkan seperti karakteristik batuan, dampak konstruksi terowongan terhadap batuan sekitar, tujuan khusus proyek pembuatan terowongan, serta aspek ekonomi, keselamatan dan kesehatan kerja. Jika batuan samping stabil, konstruksi terowongan dapat difokuskan difokuskan pada faktor ekonomis dan dibatasi oleh peralatan yang dapat digunakan. Pada batuan lemah, dimana diperlukan penyanggaan secepat mungkin, konstruksi terowongan tergantung pada kebutuhan penyangga setelah penggalian lubang bukaan. Semua

metode

penerowongan

arah

penggaliannya

ke

depan,

termasuk

penerowongan dengan perisai dan tunnel boring machine (TBM). Segmen terowongan (tunnel section) merupakan bagian dari seluruh bukaan terowogan yang diselesaikan dalam satu siklus. Panjang segmen, biasanya sekitar 0.8 – 4 4 m, sangat ditentukan oleh stand-up time. Stand-up time merupakan waktu lubang bukaan tetap stabil tanpa penyangga. Batuan lemah memiliki stand-up time singkat, bahkan tidak ada sehingga memerlukan penyanggaan sesegera mungkin. Selama waktu yang diperlukan untuk pemasangan penyangga, atau sampai penyangga memberikan efek penyanggaan, metode konstruksi harus menjamin kestabilan lubang bukaan yang telah digali. Teknik yang mungkin diterapkan berupa penggunaan perisai (shield) atau teknik perkuatan dan penyanggaan lainnya. Perlu dicatat juga, keseluruhan penampang melintang terowongan tidak harus digali sekaligus dalam satu siklus kemajuan. Penggalian terowongan secara bertahap lebih umum digunakan.

BAB IV METODE PENEROWONGAN | PENEROWONGAN | Teknik Pertambangan – Universitas Lambung Mangkurat

IV-2

Buku Ajar Teknik Terowongan Te rowongan dan Penyanggaan Penyanggaan

Metode penerowongan umumnya diklasifikasikan berdasarkan kekuatan massa batuan di mana terowongan tersebut dibuat. A. Klasifikasi metode penerowongan menurut luas bukaan, secara umum terbagi dua, yaitu full face dan non full face. Menurut sistem Klasifikasi Massa Batuan (RMR) oleh Bineawski (1989) yang tercantum dalam Tabel 4.1., metode full face diusulkan penerapannya pada massa batuan kuat (kelas I dan kelas II dengan nilai RMR 61-100). Sedangkan metode non full face diterapkan pada massa batuan sedang sampai lemah (kelas III sampai kelas V dengan nilai RMR 1-60). Gambar 4.1. dan Gambar 4.2. menunjukkan klasifikasi lebih detil kedua metode tersebut. Tabel 4. 1. Panduan untuk penggalian dan penyanggaan terowongan di batuan dengan span 10 meter menurut sistem RMR (Bieniawski, 1989)

BAB IV METODE PENEROWONGAN | PENEROWONGAN | Teknik Pertambangan – Universitas Lambung Mangkurat

IV-3

Buku Ajar Teknik Terowongan dan Penyanggaan

Gambar 4. 1. Diagram klasifikasi penggalian terowongan menurut luas bukaan

Gambar 4. 2. Klasifikasi penggalian terowongan menurut luas bukaan dan taha pan penggalian penampang

BAB IV METODE PENEROWONGAN | Teknik Pertambangan – Universitas Lambung Mangkurat

IV-4


B. Klasifikasi metode penerowongan menurut metode dan peralatan, secara umum terbagi menjadi dua, yaitu pemboran-penggalian dan secara mekanis. Gambar 4.3. menunjukkan metode- metode penerowongan secara mekanis.

Gambar 4. 3. Klasifikasi metode penerowongan secara mekanis

Penggalian terowongan pada metode full face dilakukan dengan membuka seluruh penampang terowongan secara bersamaan. Perbandingan skema penggalian dan kemajuan terowongan dan bukaan tambang dengan ukuran besar antar metode full face dengan metode non full face diperlihatkan pada Gambar 4.4. Keuntungan metode full face :  

Pekerjaan lebih cepat dengan menggali seluruhpenampang lubang bukaan Proses penerowongan dapat dilakukan secara menerus

Kerugian metode full face :   

Penggalian memerlukan banyak alat mekanis Tidak dapat digunakan pada batuan yang tidak stabil Terbatas untuk terowongan yang lintasannya pendek


IV-5


Gambar 4. 4. Perbedaan skema bukaan penampang terowongan

Pada metode heading and bench atau top heading and bench ini, penggalian diakukan terlebih dahulu pada bagian atas penampang terowongan sepanjang satu siklus kemajuan produksi. Kemudian bagian bawah penampang dikerjakan (bench cut) sampai membentuk luas terowongan yang diinginkan. Gambar 4.5. menunjukkan tahap penggalian penampang terowongan pada metode top heading and bench. Pada Gambar 4.6. terlihat bahwa ada temporary invert, yaitu lengkungan di batas bawah terowongan yang dibuat untuk menjaga bentuk penampang terowongan tetap bertahan sesuai desain awal. Keuntungan metode heading and bench : 

Pekerjaan pemboran dan pembuangan sisa peledakan bisa dilakukan secara simultan



Efektif untuk terowongan berukuran besar dengan lintasan yang panjang



Cocok untuk setiap kondisi batuan


IV-6


Kerugian metode ini membutuhkan waktu yang lebih lama jika dibandingkan dengan metode full face.

Gambar 4. 5. Penampang terowongan dengan metode top heading and bench

Gambar 4. 6. Bukaan terowongan menggunakan metode top heading and bench

Pada metode drift, penggalian terlebih dahulu dilakukan dengan membuat lubang pandu berukuran kecil sepanjang lintasan terowongan yang kemudian diperbesar


IV-7


sampai bentuk penampang yang direncanakan. Berdasarkan posisi lubang pandu, metode ini dibagi menjadi :

Penggalian dimulai dengan membuat lubang bukaan pada bagian tengah dari penampang. Perluasan dengan peledakan yang melingkar/menyelimuti center drift (Gambar 4.7a.). Alat bor dipasang pada sumbu terowongan (Gambar 4.7b). Keuntungan metode center drift :   

Memberikan sistem ventilasi yang baik Tidak memerlukan sistem penyangga sementara Mucking (pengangkutan material hasil penggalian) dapat dikerjakan bersamaan dengan penggalian

Kerugian metode center drift :  

Pekerjaan perluasan harus menunggu center drift selesai Lubang bor direncanakan dengan pola tertentu sehingga kesulitan setting alat bor

Gambar 4. 7. Pola pemboran pada metode center drift

Penggalian dilakukan dengan membuat 2 buah drift sekaligus pada sisi penampang sepanjang lintasan terowongan. Selanjutnya penggalian pada bagian arc yang diikuti dengan pemasangan penyangga sementara. Kemudian pada bagian tengahnya digali sesuai dengan bentuk terowongan. Lihat Gambar 4.8.


IV-8


Keuntungan metode side drift ialah efektif untuk model terowongan yang besar dengan kondisi batuan yang relatif tidak stabil. Kerugiannya pekerjaan perluasan harus menunggu drift selesai.

Gambar 4. 8. Tahap penggalian pada metode side drift

Metode top drift menyerupai metode heading & bench. Metode bottom drift diawali dengan penggalian pada bagian bawah penampang yang kemudian dilanjutkan bagian atasnya dengan peledakan dari arah bottom drift. Lihat Gambar 4.9.

Gambar 4. 9. Tahap penggalian pada metode top drift dan bottom drift


IV-9


Penggalian diawali dengan membuat lubang vertikal tegak lurus sampai pada terowongan yang akan digali kemudian digali pada arah horisontal sesuai letak terowongan yang direncanakan. Lihat Gambar 4.10. Vertikal shaft bersifat sementara sebagai jalur suplai peralatan dan pembuangan material yang digali. Vertikal shaft bersifat permanen bila difungsikan sesuai keperluan seperti ventilasi.

Gambar 4. 10. Penampang vertikal shaft

Pilot tunnel digali pararel pada jarak ±25 m dari sumbu terowongan utama, terowongan utama digali dengan metode drift. Lihat Gambar 4.11. Pada interval tertentu pada pilot tunnel dibuat cross cut sampai ke sumbu terowongan, jika ketemu dengan drift maka dilakukan pelebaran terowongan, jika belum ketemu maka cukup dibuat heading drift.

Gambar 4. 11. Layout jalur penerowongan menggunakan metode pilot tunnel


IV-10


Metode diafragma merupakan metode multiple drift (satu luasan penampang terowongan diselesaikan dengan 5 atau lebih tahap penggalian). Skema penggalian yang pernah diterapkan pada metode diafragma ada beberapa macam seperti yang terlihat pada Gambar 4.12. Disebut diafragma karena bentuk ruang dan sekat antar tahap menyerupai bentuk diafragma pada paru-paru mahluk hidup (lihat Gambar 4.13.). Walaupun penyelesaian konstruksi keseluruhan terowongan memerlukan waktulama, metode ini memungkinkan konstruksi terowongan berdimensi besar pada batuan yang sangat lemah.

Gambar 4. 12. Perbedaan skema penggalian terowongan menggunakan metode diaragma


IV-11


Gambar 4. 13. Kondisi ruang kerja pada terowongan yang dikonstruksi menggunakan metode diafragma

Metode drift dan diafragma diterapkan pada pembuatan terowongan di batuan lemah sebelum ditemukan metode perisai (shield). Metode shield diterapkan pertama kali pada pembuatan terowongan Thames.

Gambar 4. 14. Perisai Brunel yang digunakan pada terowongan Thames, a) salah satu dari 12 rangka perisai, b) penampang melintang konstruksi terowongan (Beamish, 1862 dalam Chapman, 2010)


IV-12


Metode penerowongan tanpa perisai disebut open face. Metode konstruksi terowongan tertua yang ditemukan menggunakan penyangga kayu (timber heading) dalam meyediakan penyangga sementara untuk batuan selama penerowongan dan masih digunakan secara luas di seluruh pekerjaan bawah tanah seperti yang terlihat pada Gambar 4.15. Secara khusus, teknik ini sangat berguna pada batuan lemah (batuan yang memiliki stand-up time singkat, misalnya lempung kaku) untuk konstruksi segmen pendek dari terowongan akses -yang relatif berdiameter kecilsebagai bagian dari proyek peningkatan stasiun kereta bawah tanah, misalnya terowongan akses antar platform untuk dilewati penumpang, dan ruang penyimpanan dan perawatan.

Gambar 4. 15. Penerowongan open face dengan penyangga kayu Penyangga lining (beton) dapat pula digunakan pada batuan dengan sifat yang sama. Gambar 4.16. memperlihatkan terowongan dengan penyangga lining yang konstruksinya dibagi atas 4 segmen. Lubang bor pandu (pilot) di bagian tengan dapat meningkatkan

kestabilan

bukaan

dan

memberikan

kesempatan

untuk

memverifikasi kondisi batuan sepanjang lintasan terowongan.


IV-13


Gambar 4. 16. Penerowongan open face dengan penyangga segmen lining

Metode peledakan diterapkan jika batuan tidak bisa lagi digali secara mekanis. Siklus penggalian dari drilling sampai survey diilustrasikan pada Gambar 4.17.

Gambar 4. 17. Siklus penggalian pada metode pemboran dan peledakan


IV-14


Waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan seluruh pekerjaan dalam satu siklus penggalian terowongan tersebut menjadi pertimbangan penting dalam menentukan span (dimensi terowongan terbesar yang dapat digali tanpa penyanggaan) menurut stand-up timenya.

Mesin bor yang digunakan pada metode partial face ialah road header. Road header melakukan penggalian di permukaan penggalian (face) sedikit demi sedikit, dimulai dari batas-batas terowongan. Gambar 4.18. menunjukkan bagian-bagian road header. Berdasarkan arah putaran cutterhead (pemotong), road header dibagi atas dua tipe, yaitu axial dan transverse. Roadheader tipe axial cutterheadnya dapat memutar searah sumbu lengan mesin potong (ke atas dan ke bawah). Roadheader tipe transverse, pemotongnya dapat bergerak memutar ke sudut kanan lengan mesin potong. Lihat Gambar 4.19.

Gambar 4. 18. Bagian-bagian road header BAB IV METODE PENEROWONGAN | Teknik Pertambangan – Universitas Lambung Mangkurat

IV-15


Gambar 4. 19. Arah penggalian oleh road header

New Austrian Tunneling Methode (NATM) pertama kali dipopulerkan oleh Prof L.v. Rabcewicz pada November 1964 sebagai “....sebuah metode baru terdiri atas sprayed concred lining tipis, ditutup dalam waktu secepat mungkin dengan rangka penyangga menjadi ring lengkap yang disebut arch (penyangga) tambahan. Deformasi yang terukur sebagai fungsi waktu sampai kesetimbangan dic apai.” Dia menekankan 3 point penting, pertama penerapan sprayed concrete lining tipis, kedua penutupan ring secepat mungkin dan ketiga pengukuran deformasi yang sistematis. Sauer (1988) mendefinisikan NATM merupakan “...sebuah metode pembuatan ruang bawah tanah dengan menggunakan seluruh peralatan yang tersedia untuk membangun kemampuan maksimum swasangga batuan atau tanah untuk menyediakan kestabilan bukaan di bawah tanah.” Sebagian

ahli berpendapat bahwa NATM lebih

tepat dikatakan disebut filosofi penerowongan. Prof. Muller (1990), yang secara keras menjelaskan prinsip dasar NATM, merangkum kelebihan utama NATM di antara 22 prinsip-prinsip lainnya yaitu : •

Massa batuan sekitar adalah komponen beban utama dan kapasitas penyanggaannya harus dijaga tanpa merusak massa batuan

•

Ketahanan penyanggaan massa batuan harus dipertahankan dengan penggunaan penyangga tambahan


IV-16


•

Lining harus tipis dan menyatu dengan dinding dan perkuatan tambahan yang diperlukan harus diberikan dengan perkuatan mesh, tunnel ribs, dan anchor lebih tepat daripada penebalan lining.

•

Waktu penutupan ring merupakan hal yang sangat penting sehingga ini harus dilakukan secepat mungkin.

•

Pengujian laboratorium pendahuluan dan pengukuran deformasi dalam terowongan harus dilaksanakan untuk memantapkan susunan ring bawah tanah.

•

Sejumlah terowongan NATM yang berbeda-beda dalam hal ukuran, geometri, dan pola penggalian telah diadopsi dalam rentang kondisi geologi.

•

Dalam banyak kasus, khususnya batuan lunak, tidak cocok menggali terowongan secara full face.

•

Oleh karena itu, muka penggalian biasanya dibagi menjadi bagian-bagian kecil yang akan membantu terowongan stabil sampai proses lining selesai.

•

Umumnya, penggalian dilaksanakan dalam 6 tahap atau lebih tergantung pada ukuran dan geometri terowongan.

Gambar 4. 20. Penampang melintang terowongan NATM


IV-17


Gambar 4.20. mengilustrasikan geometri penampang melintang utama tipikal terowongan NATM yang dikemukakan oleh Rabcewiczz (1965). Bentuk terowongan berbeda dengan terowongan bulat biasa. Angka romawi menunjukkan urutan penggalian dan pemasangan elemen penyangga berikutnya. Prosedur konstruksinya dijelaskan sebagai berikut. Langkah pertama adalah penggalian top heading (I), menyisakan bagian tengah untuk menyangga muka terowongan. Kemudian, auxiliary lining (shortcrete) II ditambahkan dan dilanjutkan dengan memindahkan bagian tengah atas (III), dilanjutkan pengaalian dinding kanan dankiri (IV). Tahap kelima adalah pemasangan shortcrete dengan pengutan tambahan (V) diiukuti penggalian jenjang (VI). Akhirnya, rangka ditutup dengan concrete (VII) diikuti pemasangan lapisan tahan air (VIII) dan penyemprotan semen pada bagian dalam lining (IX).

Metode ini dapat dikatakan penerowongan dari permukaan tanah. Jack berupa dongkrak hidrolik yang digunakan untuk mendorong rangka-rangka penampang terowongan ke dalam tanah. Penggunaan jack banyak diterapkan pada pembuatan terowongan untuk drainase, transportasi, atau pelindung kabel jaringan, tetapi memungkinkan juga untuk pembuatan terowongan dengan fungsi yang lain.

Gambar 4. 21. Konstruksi terowongan dengan metode jacked box tunneling


IV-18


Gambar 4. 22. Konstruksi terowongan dengan metode pipe jacking Konstruksi dimulai dengan menggali lubang pada interval jarak tertentu, misalnya per 100 m, sepanjang rencana lintasan terowongan. Kemudian rangka-rangka terowongan

diturunkan

satu

persatu,

diposisikan

agar

dongkrak

dapat

mendorongnya ke dalam tanah dengan arah horizontal sampai ke lubang konstruksi berikutnya. Jika terowongan berpenampang persegi metodenya disebut jacked box tunneling (lihat Gambar 4.21.). Jika terowongan berpenampang lingkaran (menyerupai pipa), maka metodenya disebut pipe jacking (lihat Gambar 4.22.).

Metode ini diterapkan dengan cara mengggali terusan besar dari permukaan, kemudian dibangun rangka penampang terowongan di dalamnya. Setelah selesai, tanah galian sebelumnya ditimbunkan kembali di atas terowongan. Metode ini banyak dipakai pada konstruksi terowongan untuk jalur transportasi yang dekat dengan permukaan tanah. Metode cut and cover dapat pula dipakai pada portal (terowongan masuk) di mana batuan atasnya sangat lemah atau tanah atau overburden yang tipis.


IV-19


Gambar 4. 23. Konstruksi terowongan metode cut and cover

Immersed tube merupakan jenis terowongan bawah air yang terbuat dari segmensegmen. Segmen-segmen ini dibuat di suatu tempat dan dibawa ke lokasi terowongan untuk ditenggelamkan dan dirangkai bersama-sama. Terowongan ini biasanya digunakan untuk jalan dan jalur kereta melintasi sungai, muara, pelabuhan atau terusan laut. Immersed tubes seringkali digunakan di persimpangan dengan terowongan bentuk lain di ujungnya, misalnya cut and cover tunnel atau bored tunnel, dimana kadang-kadang perlu dilanjutkan terowongan dari dekat batas perairan sampai portal di permukaan tanah. Segmen dikonstruksi dengan satu atau dua cara. Di Amerika Serikat, metode yang lebih sering dilalukan dengan membuat besi atau rangka baja yang dicor dengan semen. Ini memungkinkan penggunaan teknik konvensional seperti pembuatan kapal, segmen diluncurkan setelah direkatkan dengan batuan kering. Di Eropa,


IV-20


pembuatan segmen yang diperkuat dengan beton telah menjadi standar, segmensegmen

dirangkai

di

cekungan

air

dangkal,

kemudian

dibanjiri

untuk

memungkinkan pergerakannya.

Gambar 4. 24. Immersed tube tunnel : konstruksi segmen (kiri atas), proses peluncuran segmen ke air (kanan atas), dan terowongan yang telah terpasang (bawah)

1. Suatu terowongan tambang bawah tanah akan digali pada massa batuan kelas II dan III menurut RMR. Penampang terowongan berbentuk tapal kuda dengan tinggi total 10 m dan lebar 8 m pada kedalaman 80 m di bawah permukaan tanah. Analisislah metode penggalian yang menurut anda cocok untuk digunakan. Sertakan alasan mengapa anda memilih metode tersebut.


IV-21


2. Rangkum dengan singkat klasifikasi teknik penerowongan menurut luas bukaan dan metode yang dipakai (pemboran & peledakan atau mekanis). Mengapa metode top heading and bench lebih banyak digunakan dibanding metode bottom drift ? 3. Jika terowongan akan digali pada batuan yang sangat lemah dan ada dua kontraktor menawarkan konstruksi terowongan dengan metode shield atau metode diafragma (termasuk salah satu metode open face). Selaku pengambil keputusan, metode mana yang akan anda setujui dan jelaskan alasannya. 4. Mengapa ada sebagian ahli yang berpendapat bahwa New Austrian Tunneling Method lebih tepat dikatakan sebagai “filosofi”, bukan sebuah “metode” ?

5. Terowongan untuk jalur transportasi kereta bawah tanah direncanakan dibangun melintasi dataran rendah, pegunungan, dan danau. Tentukan apa saja pilihan metode penerowongan yang dapat anda terapkan di ketiga kondisi tersebut.

Bieniawski, Z. (1989). Engineering Rock Mass Classification : A Complete Manual for Engineers and Geologist in Mining, Civil, and Petroleum Engineering. Pennsylvania: John Wiley and Sons. David Chapman, N. M. (2010). Tunnel Construction Tecniques. In N. M. David Chapman, Introduction to Tunnel Construction (pp. 127-243). Oxon, UK: Spon Press. Evert Hoek, E. T. (2002). Underground Excavation in Rock. London: Spon Press. Rai, M. A. (1994). Teknik Terowongan. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Singh, B. (2011). Engineering Rock Mass Classification : Tunneling, Foundations, and Landslides. Oxford: Butterworth Heinemann.


4_Bab IV Metode Penerowongan.pdf

Recommend Documents