RANCANGAN TEROWONGAN

4. RANCANGAN TEROWONGAN

4.1.  KONSEP DAN FILOSOFI RANCANGAN TEROWONGAN

Konsep rancangan sebuah lubang bukaan bawah tanah (underground openings) relatif suatu hal yang baru. Hal ini dikarenakan masalah rancangan terowongan berbeda dengan rancangan struktur/bangunan.

Dalam rancangan teknik yang konvensial, beban dari luar dikenakan adalah yang pertama ditentukan, kemudian deskripsi dari bahan dan kekuatannya serta karateristik deformasinya disesuaikan dengan geometri struktur yang dipilih. Dalam mekanika batuan, perancang berhubungan dengan massa batuan yang alamiah/kompleks dan sifat-sifat material yang spesifik. Hal yang lebih penting dari pada pengenaan beban pada massa batuan adalah gaya-gaya yang dihasilkan oleh redistribusi dari tegangan asli (original stress) akibat adanya suatu penggalian. Juga adanya beberapa kemungkinan jenis failure didalam struktur batuan sehingga penentuan dari kekuatan dari konfirgurasi geologi. Oleh sebab itu rancangan penggalian pada batuan harus memperhatikan kondisi geologi dan terutama kemungkinan resiko geologi. Setiap pendekatan rancangan penggalian didalam batuan merupakan kerjasama yang erat antara ahli mekanika batuan dan ahli geologi teknik. Rancangan penggalian didalam batuan membutuhkan pertimbangan ekstra termasuk kondisi geoteknik yang khusus.

Sebuah filosifi rancangan yang baik diberikan oleh E.T. Hoek sebagai berikut. Tujuan dasar setiap rancangan untuk penggalian dibawah tanah (underground excavation) harus menggunakan batuan itu sendiri sebagai material struktur yang utama, menghasilkan  gangguan  yang sekecil mungkin selama penggalian dan menambah sesedikit mungkin beton dan penyangga baja. Dalam keadaan sebenarnya dan batuan mengalami tegangan tekan, batuan keras dapat lebih kuat dari beton dan ada yang sama kekuatannya dengan baja. Sehingga tidak akan memberi arti ekonomis dengan menggantikan material yang cukup memadai dengan suatu material yang mungkin tidak lebih baik. Rancangan rekayasa yang baik adalah rancangan yang seimbang dalam semua faktor yang saling berkaitan, meskipun itu tidak selalu dapat dikuantifikasikan, harus dimasukkan dalam perhitungan. Kewajiban sarjana perancang bukannya menghitung secara teliti, tetapi bagaimana melakukan penilaian secara cermat.

Gambar 4.1. memperlihatkan sebuah bagan alir dari rancangan penggalian batuan dibawah tanah yang dibuat oleh Hoek dan Brown, dimana penyusunan rancangan bertitik tolak dari faktor-faktor ketidakmantapan akibat struktur geologi, tegangan batuan yang berlebihan, pelapukan dan swelling, serta faktor tekanan/aliran air tanah yang berlebihan.

Rancangan terowongan ditinjau dari aspek mekanika batuan/geomekanika mencakup aspek-aspek rencana untuk lokasi, menentukan ukuran dan bentuknya, orientasi dan tata-letaknya, metode penggalian, pemilihan penyangga dan instrumentasi. Jadi peran geomekanika dalam suatu proses rancangan penggalian bawah tanah adalah memberikan data masukan dan analisis rancangan, mulai dari tahap rancangan awal sampai rancangan final, berlanjut ketahap operasional penggalian (Gambar 4.2).

Pada rancangan awal meliputi ekplorasi geoteknik, pengukuran in-situ, pengujian laboratorium, dan analisis pemodelan/stabilitas. Tahap paling penting dan sulit ialah penyusunan deskripsi kuantitatif atau karakteristik massa batuan, karena hal ini merupakan dasar dari seluruh analisis rekayasa, ekonomi, keselamatan, dan penyusunan kontrak kerja.

 

Gambar 4.1. Rancangan Penggalian Batuan di Bawah Tanah (Hoek dan Brown)

 

Gambar 4.2. Bagan Alir Proses Rancangan Penggalian Bawah Tanah (Mahtab & Grasso, (1992)

Pada tahap rancangan final meliputi uji dan analisis tambahan, rancangan penyanggaan, dan rancangan meliputi uji dan analisis tambahan, rancangan operasional yaitu penggalian lubang bukaan, untuk memperoleh data perilaku massa batuan disekitar zona penggalian perlu dilakukan pemantauan (monitoring) perpindahan misalnya dengan borehole extensometer atau convergence-meter. Hal ini dilakukan untuk sekali lagi memeriksa stabilitas sistem penyanggaan dan jika perlu melakukan modifikasi rancangan.

Sedangkan menurut Sinha, langkah pertama didalam rancangan suatu struktur bawah tanah adalah mengevaluasi persyaratan fungsional dari struktur bawah tanah (lihat Tabel 4.1) dan kondisi lingkungan sebelum dan sesudah kontruksi.

Pertimbangan-pertimbangan yang harus dipenuhi, harus dimasukkan ke dalam rancangan karena tanpa melihat hasil dari metode rancangan, perancangan harus memenuhi peraturan-peraturan dibidang pertambangan dan penerowongan seperti ventilasi, penerangan, transfortasi, penirisan, penanganan bahan peledak dan lain-lainnya.

Selanjutnya menurut Bieniawski (1984) tahapan perencanaan pembuatan terowongan secara umum dibagi 5 tahap, yaitu pengumpulan data awal, studi kelayakan, karakterisasi lokasi teknik, analisis kemantapan, rancangan akhir dan kontruksi dimana pentahapannya dapat dilihat pada gambar 4.3. Dari diagram tersebut dapat dilihat bahwa tidak ada rancangan rekayasa batuan dapat dianggap selesai sebelum kontruksi dari struktur selesai semuanya.

Tabel 4.1. Persyaratan fungsional dari berbagai struktur bawah tanah

Struktur Bawah Tanah	Persyaratan Fungsional Minimum
Terowongan saluran air	Mencegah runtuhnya dinding terowongan memberikan kapasitas hidrolik, mampu mengalirkan tenaga efek hidrolik yang merugikan. Dinding terowongan harus disesuaikan dengan kecepatan aliran dan dapat mecegah terjadinya exfiltrasi, infiltrasi dan cavitasi.
Terowongan untuk pembangkit listrik tenaga air	Sama dengan terowongan air, tetapi harus tidak memiliki belokan yang tajam dan perpotongan. Dinding terowongan harus mampu meminimalkan kehilangan tenaga baik karena hambatan hidrolik maupun hambatan florida. Harus juga dapat dicegah timbulnya longsoran tanah atau hidraulic jacking akibat infiltrasi air kedalam massa batuan.
Ruang penyimpanan bawah tanah (stronge cavem)	Mencegah runtuhnya dinding terowongan. Mampu memberikan ruang bawah tanah yang memadai tanpa terjadi kehilangan atau kontaminasi atau penurunan kualitas bahan yang disimpan. Mampu mencegah terjadinya kemampuan lokomotif.
Terowongan kereta api	Mencegah runtuhnya dinding terowongan. Tersedia sistem ventilasi, penerangan, dan penirisan yang cukup. Tikungan dan kemiringan disesuaikan dengan kemampuan lokomotif.
Terowongan jalan raya	Mencegah runtuhnya dinding terowongan. Tersedia sistem ventilasi dan penghisapan sisa gas buang kendaraan, penerangan lampu. Tikungan dan kemiringan harus memperhatikan jarak pandang atau komunikasi antar kenderaan. Kontruksi dindingnya hanya memerlukan sedikit keperawatan.
Sumuran vertikal (shaft)	Memberikan stabilitas horisontal dan vertikal. Mencegah runtuhnya material kedalam sumuran. Terdapat sistem ventilasi, penirisan, dan penerangan sejauh diperlukan.

 

Gambar 4.3.Tahapan Perencanaan Pembuatan Terowongan (Bieniawski, 1984)

4.2.  METODE RANCANGAN TEROWONGAN

Metode rancangan untuk menilai kestabilan suatu penggalian bawah tanah (tambang bawah tanah atau terowongan) dapat dikategorikan sebagai berikut (Bieniawski, 1984) :

1)      Metode Analitik (analytical methods).

2)      Metode Obeservasi (observational methods).

3)      Metode Empirik (empirical methods).

Sebagai tambahan, ada dua pendekatan lainnya yang digunakan yaitu teknik geologi dan pertimbangan-pertimbangan yang harus dipenuhi (peraturan-peraturan pertambangan dan penerowongan).

Metode analitik digunakan untuk menganalisis tegangan dan deformasi disekitar lubang bukaan. Teknik-teknik yang dipakai adalah solusi closed from dan metode numerik yaitu :

-          Perhitungan numerik seperti metode elemen hingga (finite elements methods), metode perbedaan hingga (finite difference method), metode elemen batas (boundary elements method).

-          Simulasi analogi (analog simulation) seperti analogi listrik dan fotoelastik.

-          Model fisik (physical modelling) seperti penggunaan maket.

Metode observasi adalah mengadakan analisis berdasarkan pada data pemantauan pergerakan massa batuan sewaktu penggalian untuk mengamati ketidakmantapan dan analisis interaksi penyanggaan terhadap massa batuan.  Pada metode ini dikenal NATM (New Austrian Tunneling Method) dan “Convergence-Confinement Method”. Disamping merupakan metode yang terpisah metode ini merupakan cara untuk memeriksa balik hasil dari metode lain.

Metode empirik adalah metode untuk menilai kestabilan sebuah tambang bawah tanah dan terowongan dengan menggunakan analisis statistik. Pada umumnya dilakukan pendekatan berdasarkan pengalaman yang didapat dari beberapa pekerjaan yang serupa sebelumnya. Klasifikasi massa batuan adalah pendekatan empirik yang paling baik untuk menilai kestabilan sebuah lubang bukaan dibawah tanah. Saat ini dikenal klasifikasi batuan diantaranya dari Terzaghi (1946). Deere (1967), Bieniawski (1973) Norwegian Geotechnical Institute / NGI (1974), dan sebagainya.

Semua metode membutuhkan masukan kondisi geologi dan pertimbangan yang sesuai dengan peraturan keselamatan kerja. Teknik geologi digunakan untuk mengidentifikasikan struktur geologi dan gambaran lainnya yang mempengaruhi kestabilan struktur. Untuk maksud itu maka dilakukan pemetaan geologi, pemetaan isopach, foto udara, analisis kelurusan (lineament analysis), foto dari satelit, pemboran inti. Suatu terobosan dibidang teknologi eksplorasi di Amerika Serikat adalah penginderaan jarak jauh untuk geologi dari pesawat ulang alik Columbia (Taranik, 1982).

4.3.  Parameter  rancangan terowongan

Penyediaan data masukan yang diperlukan untuk merancang sebuah lubang bukaan bawah tanah (terowongan dan lain-lain) adalah salah satu tugas yang paling berat bagi seorang sarjana perancang. Karena jika data masukan tidak benar maka dengan sendirinya rancangan akan salah.

Dengan kata lain, kualitas rancangan sangat ditentukan oleh kualitas data masukan.

Data masukan yang diperlukan untuk tujuan rancangan meliputi karateristik geologi dari massa batuan, evaluasi dari tegangan mula-mula (intial stress) didalam massa batuan, sifat-sifat mekanik dari massa batuan dan kondisi air tanah. Penyelidikan dan pengukuran untuk mendapatkan data masukan tersebut harus direncanakan dengan baik dengan mengikuti prosedur dan metode pengukuran yang telah dibakukan dan harus sesuai dengan maksud dari proyek yang dirancang.

Penentuan para meter masukan untuk rancangan harus direncanakan agar sebanyak mungkin data-data yang diperoleh adalah data kuantitatif, daripada data kualitatif.

Mengenai data masukan ini ada tiga hal penting yang perlu diperhatikan yaitu:

1.      Kualitas dari rancangan rekayasa langsung dipengaruhi oleh kualitas dari setiap parameter masukan.

2.      Setiap prosedur dan metode yang digunakan untuk mendapatkan data masukan dapat sepenuhnya dibenarkan dan direncanakan dengan baik.

3.      Informasi secara kuantitatif lebih banyak dibutuhkan dari pada secara kualitatif untuk keperluan rancangan.