Terowongan
Latar Belakang
Terowongan adalah bagian bawah tanah atau bawah air yang terutama horizontal. Yang berdiameter relatif kecil membawa saluran utilitas atau berfungsi sebagai saluran pipa. Terowongan yang mengangkut orang dengan kereta api atau mobil sering kali terdiri dari dua atau tiga jalur paralel besar untuk lalu lintas arah berlawanan, kendaraan dinas, dan rute keluar darurat.
Terowongan terpanjang di dunia membawa air sejauh 105 mi (170 km) ke Kota New York dari Sungai Delaware. Terowongan pengangkut orang terpanjang adalah Seikan Railroad Tunnel. Ini adalah koneksi kereta api sepanjang 33-mil (53-km), 32-ft (9,7-m) antara dua pulau terbesar di Jepang, Honshu dan Hokkaido.
Salah satu terowongan yang paling dinanti adalah Terowongan Channel. Selesai pada tahun 1994, terowongan ini menghubungkan Inggris Raya ke Eropa melalui tiga terowongan sepanjang 31 mil (50 km) (dua terowongan satu arah dan satu terowongan layanan). Dua puluh tiga mil (37 km) terowongan ini berada di bawah air.
Sejarah
Terowongan digali dengan tangan oleh beberapa peradaban kuno di wilayah India dan Mediterania. Selain alat gali dan gergaji batu tembaga, api terkadang digunakan untuk memanaskan penghalang batu sebelum menyiramnya dengan air untuk memecahkannya. Metode potong dan tutup—menggali parit yang dalam, membangun atap pada ketinggian yang sesuai di dalam parit, dan menutupi parit di atas atap (teknik pembuatan terowongan yang masih digunakan sampai sekarang)—digunakan di Babel 4.000 tahun yang lalu.
Kemajuan pertama di luar penggalian tangan adalah penggunaan bubuk mesiu untuk meledakkan terowongan kanal sepanjang 515 kaki (160 m) di Prancis pada tahun 1681. Dua kemajuan besar berikutnya terjadi sekitar tahun 1850. Nitrogliserin (distabilkan dalam bentuk dinamit) diganti bubuk hitam yang kurang kuat dalam peledakan terowongan. Uap dan udara terkompresi digunakan untuk menggerakkan bor untuk membuat lubang untuk bahan peledak. Mekanisasi ini akhirnya menggantikan proses manual yang dibuat terkenal oleh John Henry, "pria penggerak baja", yang mengayunkan palu luncur 10-lb (4,4 kg) dengan masing-masing tangan selama 12 jam sehari, menumbuk pahat baja sedalam 14 ft (4,2 m) menjadi batuan padat.
Antara tahun 1820 dan 1865, insinyur Inggris Marc Brunel dan James Greathead mengembangkan beberapa model pelindung terowongan yang memungkinkan mereka membangun dua terowongan di bawah Sungai Thames. Sebuah kandang persegi panjang atau melingkar (perisai) dibagi secara horizontal dan vertikal menjadi beberapa kompartemen. Seorang pria yang bekerja di setiap kompartemen dapat memindahkan satu papan pada satu waktu dari muka perisai, menggali ke depan beberapa inci, dan mengganti papan tersebut. Ketika ruang telah digali dari seluruh permukaan depan, perisai didorong ke depan, dan proses penggalian diulang. Pekerja di bagian belakang perisai melapisi terowongan dengan batu bata atau cincin besi cor.
Pada tahun 1873, terowongan Amerika Clinton Haskins mencegah air merembes ke dalam terowongan kereta api yang sedang dibangun di bawah Sungai Hudson dengan mengisinya dengan udara bertekanan. Teknik ini masih digunakan sampai sekarang, meskipun menimbulkan beberapa bahaya. Pekerja harus menghabiskan waktu di ruang dekompresi pada akhir shift mereka—persyaratan yang membatasi pintu keluar darurat dari terowongan. Tekanan di dalam terowongan harus seimbang dengan hati-hati dengan tekanan tanah dan air di sekitarnya; ketidakseimbangan menyebabkan terowongan runtuh atau meledak (yang kemudian memungkinkan banjir).
Tanah lunak rentan runtuh dan dapat menyumbat peralatan penggalian. Salah satu cara untuk menstabilkan tanah adalah dengan membekukannya dengan mensirkulasikan cairan pendingin melalui pipa-pipa yang ditanam secara berkala di seluruh area. Teknik ini telah digunakan di Amerika Serikat sejak awal 1900-an. Teknik stabilisasi dan waterproofing lainnya—yang banyak digunakan sejak 1970-an—adalah menyuntikkan nat (zat pengikat cair) ke dalam tanah atau batuan retak di sekitar rute terowongan.
Shotcrete adalah beton cair yang disemprotkan ke permukaan. Diciptakan pada tahun 1907, telah digunakan baik sebagai lapisan awal dan lapisan akhir untuk terowongan sejak tahun 1920-an.
Pada tahun 1931, jumbo pengeboran pertama dirancang untuk menggali terowongan yang akan mengalihkan Sungai Colorado di sekitar lokasi konstruksi untuk Bendungan Hoover. Jumbo ini terdiri dari 24-30 bor pneumatik yang dipasang pada kerangka yang dilas ke dasar truk. Jumbo modern memungkinkan satu operator untuk mengontrol beberapa bor yang dipasang pada lengan yang dikontrol secara hidraulik. Pada tahun 1954, saat membangun terowongan pengalihan untuk pembangunan bendungan di South Dakota, James Robbins menemukan mesin bor terowongan (TBM), perangkat silinder dengan kepala penggali atau pemotong yang dipasang pada permukaan depan yang berputar yang menggiling batu dan tanah sebagai mesin. merayap ke depan. TBM modern disesuaikan untuk setiap proyek dengan mencocokkan jenis dan susunan kepala pemotongan dengan geologi lokasi; juga, diameter TBM harus sama dengan diameter terowongan yang dirancang (termasuk lapisannya).
Bahan Baku
Bahan yang digunakan dalam terowongan bervariasi dengan desain dan metode konstruksi yang dipilih untuk setiap proyek. Nat yang digunakan untuk menstabilkan tanah atau mengisi rongga di belakang lapisan terowongan dapat mengandung berbagai bahan, termasuk natrium silikat, kapur, asap silika, semen, dan bentonit (tanah liat vulkanik yang sangat menyerap). Bubur bentonit-dan-air juga digunakan sebagai media suspensi dan transportasi untuk kotoran (puing-puing yang digali dari terowongan) dan sebagai pelumas untuk benda-benda yang didorong melalui terowongan (misalnya, TBM, perisai). Air digunakan untuk mengontrol debu selama pengeboran dan setelah peledakan, yang sering dilakukan dengan bahan peledak gelatin dengan titik beku rendah. Air-dan-garam air garam atau nitrogen cair adalah pendingin umum untuk menstabilkan tanah lunak dengan pembekuan. Bahan pelapis modern yang paling umum, beton yang diperkuat dengan baja atau serat, dapat disemprotkan, dicor di tempat, atau dibuat di panel.
Pilihan metode
Metode konstruksi terowongan ditentukan oleh beberapa faktor, termasuk geologi, biaya, dan potensi gangguan aktivitas lainnya. Metode yang berbeda dapat digunakan pada terowongan individu yang merupakan bagian dari proyek yang lebih besar yang sama; misalnya, empat metode terpisah sedang digunakan pada sebagian proyek Central Artery/Tunnel Boston.
Proses Pembuatan
Mempersiapkan
- 1 Geologi lokasi dievaluasi dengan memeriksa fitur permukaan dan sampel inti bawah permukaan. Sebuah terowongan percontohan sekitar sepertiga diameter terowongan utama yang direncanakan dapat dibangun di sepanjang rute untuk mengevaluasi lebih lanjut geologi dan untuk menguji metode konstruksi yang dipilih. Terowongan pilot dapat berjalan di sepanjang jalur terowongan utama dan akhirnya terhubung dengannya pada interval tertentu untuk menyediakan ventilasi, akses layanan, dan rute pelarian. Atau terowongan pilot dapat diperbesar untuk menghasilkan terowongan utama.
- 2 Jika diperlukan stabilisasi tanah, dapat dilakukan dengan menyuntikkan nat melalui pipa-pipa kecil yang ditempatkan di dalam tanah secara berkala. Sebagai alternatif, refrigeran dapat disirkulasikan melalui pipa yang tertanam di tanah untuk membekukan tanah.
Menambang
-
3 Ada tujuh metode berbeda yang digunakan untuk memindahkan material dari jalur terowongan. Yang pertama adalah metode tabung terendam. Pekerja menyiapkan situs terowongan bawah air dengan menggali parit di dasar saluran air. Bagian baja atau beton bertulang dari cangkang terowongan dibangun di atas lahan kering. Setiap bagian mungkin memiliki panjang beberapa ratus kaki (100 m atau lebih). Ujung bagian disegel, dan bagian tersebut diapungkan ke lokasi terowongan. Bagian tersebut diikat ke jangkar yang berdekatan dengan parit, dan tangki pemberat yang dibangun di bagian tersebut dibanjiri. Saat bagian itu tenggelam, itu dipandu ke tempatnya di parit. Bagian tersebut dihubungkan ke bagian yang bersebelahan dan ditempatkan sebelumnya, dan pelat yang menyegel ujung setiap bagian tersebut dilepas. Segel karet di antara kedua bagian memastikan sambungan kedap air.
Dalam metode potong-dan-tutup pekerja menggali parit yang cukup besar untuk menampung terowongan dan cangkangnya. Sebuah tabung berbentuk kotak dibangun, seringkali dengan pengecoran beton bertulang di tempat. Pada jenis tanah tertentu atau di dekat struktur lain, dinding terowongan dapat dibangun sebelum penggalian dimulai untuk menjaga agar parit tidak runtuh selama penggalian. Ini dapat dilakukan dengan memasukkan lembaran baja ke dalam tanah atau membangun dinding lumpur (parit dalam yang diisi dengan tanah liat berair untuk menghilangkan kotoran). Ketika ukuran yang diinginkan tercapai untuk bagian dinding, sangkar dari batang tulangan baja diturunkan ke dalamnya dan beton dipompa untuk menggantikan bubur tanah liat basah. Saat penggalian berlangsung cukup lama sehingga mesin galian berada di bawah permukaan tanah, panel permukaan sementara dapat diletakkan melintasi parit untuk memungkinkan lalu lintas bergerak melintasinya. Ketika cangkang terowongan telah selesai, itu ditutup dengan mengganti tanah galian.
Metode ketiga adalah metode top-down. Sepasang dinding paralel tertanam ke dalam tanah di sepanjang rute terowongan dengan menggerakkan tiang pancang baja atau membangun dinding lumpur. Sebuah parit digali di antara dinding hingga kedalaman yang sama dengan jarak yang direncanakan dari permukaan ke bagian dalam atap terowongan. Atap terowongan dibentuk di antara dinding dengan membingkai dan menuangkan beton bertulang di bagian bawah parit dangkal. Setelah atap terowongan sembuh, ditutup dengan membran kedap air dan tanah galian diganti di atasnya. Mesin penggali konvensional, seperti front-end loader, digunakan untuk menggali tanah di antara dinding diafragma dan di bawah atap terowongan. Ketika kedalaman yang cukup telah tercapai, lantai beton bertulang dituangkan untuk melengkapi cangkang terowongan.
Dengan metode bor-dan-ledakan, pemboran jumbo digunakan untuk mengebor pola lubang yang telah ditentukan di batu di sepanjang jalur terowongan. Muatan dinamit yang direncanakan dengan hati-hati dimasukkan ke dalam lubang yang dibor. Muatan diledakkan dalam urutan yang dirancang untuk melepaskan material dari jalur terowongan tanpa terlalu merusak batuan di sekitarnya. Udara disirkulasikan melalui area ledakan untuk menghilangkan gas dan debu ledakan. Puing-puing yang terlepas akibat ledakan diangkut. Bor pneumatik dan perkakas tangan digunakan untuk menghaluskan permukaan bagian yang diledakkan dan menghilangkan potongan batu yang lepas.
Terowongan Euro.
Konstruksi Terowongan Selat Inggris antara Inggris dan Prancis, mimpi selama berabad-abad yang dibayangkan dan didorong oleh Napoleon, dimulai pada tahun 1987. Awalnya disebut sebagai Chunnel dan sekarang dikenal sebagai Eurotunnel, selesai pada tahun 1994 dengan biaya $13 miliar . Dua terowongan rel (satu untuk arah utara dan satu untuk lalu lintas menuju selatan) dan satu terowongan layanan masing-masing panjangnya 31 mi (50 km) dan memiliki kedalaman rata-rata 150 kaki (46 m) di bawah dasar laut. Ini adalah hubungan fisik pertama antara Inggris dan benua Eropa. Layanan kereta api penumpang disediakan, serta pengangkutan mobil dan truk. Waktu perjalanan dari London ke Paris telah dikurangi dari lebih dari lima jam (melalui laut) menjadi tiga jam melalui Eurotunnel.
Terowongan Seikan di Jepang mulai beroperasi pada tahun 1988. Terowongan sepanjang 33mi (53km-) menghubungkan ujung utara pulau utama Jepang Honshu dengan pulau Hokkaido, melewati bawah Selat Tsugaru. Terowongan Seikan adalah terowongan bawah laut terpanjang di dunia, yang melibatkan penggalian 330 kaki (100 m) di bawah dasar laut melintasi selat di mana kedalaman laut mencapai 460 kaki (140 m).
Biasanya perlu untuk menstabilkan dan memperkuat permukaan bagian yang baru diledakkan dengan lapisan awal. Salah satu teknik melibatkan memasukkan serangkaian tulang rusuk baja yang dihubungkan oleh kayu atau kawat baja. Teknik lain, yang disebut metode terowongan Austria baru (NATM), melibatkan penyemprotan permukaan dengan beberapa inci (beberapa sentimeter) beton. Dalam kondisi geologi yang sesuai,
Terowongan perisai. lapisan "shotcrete" ini dapat dilengkapi dengan memasukkan batang baja panjang (baut batu) ke dalam batu dan mengencangkan mur pada pelat baja yang mengelilingi kepala setiap baut.
Metode kelima untuk menghilangkan material dari terowongan adalah metode shield driving atau tunnel jacking. Beberapa terowongan masih digali menggunakan perisai gaya Greathead. Bagian atas perisai memanjang di luar sisi dan bawah, menyediakan atap pelindung bagi pekerja yang menggali di depan perisai. Ujung depan bagian atas perisai tajam sehingga dapat menembus tanah. Penggalian dapat dilakukan dengan tangan atau dengan perkakas listrik. Kelebihan material dilewatkan kembali melalui pelindung pada konveyor atau sabuk, dimuat ke dalam gerobak, dan diangkut keluar dari terowongan. Ketika pekerja telah menggali material di depan perisai sejauh bagian atas memanjang, dongkrak di bagian belakang perisai disangga pada bagian lapisan terowongan yang paling baru dipasang. Mengaktifkan dongkrak mendorong perisai ke depan sehingga pekerja dapat mulai menggali bagian lain. Setelah perisai bergerak maju, dongkrak ditarik, dan segmen cincin baja atau beton bertulang dibaut ke tempatnya untuk membentuk bagian lapisan permanen untuk terowongan.
Mendongkrak terowongan adalah teknik yang serupa, tetapi perisai yang didorong melalui tanah sebenarnya adalah bagian lapisan terowongan yang dibuat sebelumnya.
Dalam metode drift paralel, serangkaian lubang horizontal paralel (drift) dibor menggunakan mesin microtunneling (terowongan mikro terlalu kecil untuk dikerjakan oleh penambang manusia) seperti auger atau TMB versi kecil. Drift ini diisi; misalnya, pipa baja dapat didorong ke dalamnya dan kemudian pipa dikemas dengan nat. Drift yang terisi membentuk lengkungan pelindung di sekitar jalur terowongan. Mesin galian digunakan untuk menghilangkan tanah dari dalam lengkungan.
Metode terakhir adalah metode mesin bor terowongan. Jenis dan susunan alat potong pada muka TBM ditentukan oleh kondisi geologi di lokasi terowongan. Permukaan tersebut perlahan-lahan berputar dan menggiling batu dan tanah di depannya (misalnya, TBM yang digunakan untuk membangun Terowongan Saluran dapat berputar hingga 12 putaran per menit di tanah yang optimal). TBM terus didorong ke depan untuk menjaga agar wajah tetap bersentuhan dengan targetnya. Tekanan ke depan dapat diberikan oleh dongkrak di bagian belakang TBM yang mendorong bagian lapisan terowongan yang paling baru dipasang. Atau, lengan gripper dapat memanjang keluar dari sisi TBM dan mendorong dinding terowongan berbatu untuk menahan mesin di tempatnya sementara muka didorong ke depan. Kotoran dilewatkan melalui lubang-lubang di muka dan dibawa oleh ban berjalan ke bagian belakang TBM, di mana kotoran tersebut jatuh ke dalam gerobak yang mengangkutnya keluar dari terowongan. Bentonit dapat dipompa melalui permukaan TBM untuk membuat permukaan tanah lebih dapat dikerjakan dan untuk membawa kotoran. Beberapa TBM dilengkapi di bagian belakang dengan lengan robot yang memposisikan dan memasang segmen lapisan terowongan segera setelah alat berat bergerak maju
Baut atap yang terbuat dari baja diamankan ke batu untuk menopang bagian atas terowongan. jarak yang cukup. Dalam kasus lain, NATM digunakan untuk membuat lapisan awal saat TBM berlangsung.
Terutama dalam kasus di mana dua TBM menggali satu sama lain dari ujung terowongan yang berlawanan, mungkin terlalu sulit atau mahal untuk menghilangkannya saat penggalian selesai. Saat mendekati akhir misinya, TBM dapat diarahkan menjauh dari jalur terowongan untuk menggali taji pendek di mana ia disegel secara permanen.
Lapisan akhir
-
4 Dalam beberapa kasus, lapisan akhir ditempatkan selama proses penggalian. Dua contohnya adalah TBM yang memasang segmen lapisan dan terowongan prefabrikasi yang dipasang pada tempatnya. Dalam kasus lain, lapisan akhir harus dibangun setelah seluruh terowongan digali. Salah satu pilihan adalah menuangkan lapisan beton bertulang pada tempatnya. Slipforming adalah teknik yang efisien di mana bagian bekisting perlahan-lahan dipindahkan ke depan saat beton dituangkan di antara itu dan dinding terowongan; beton mengeras cukup cepat untuk menopang dirinya sendiri pada saat bentuk bergerak.
Pilihan kedua adalah memasang segmen beton atau lapisan baja yang telah dibentuk sebelumnya, seperti yang dilakukan beberapa TBM. Segmen pelapis dibuat sedemikian rupa sehingga beberapa di antaranya dapat disambungkan untuk membentuk cincin lengkap dengan lebar beberapa kaki (satu atau dua meter). Setelah cincin dibaut ke tempatnya, nat disuntikkan di antara cincin itu dan dinding terowongan.
Pilihan ketiga adalah menyemprotkan lapisan beton beton setebal beberapa inci (70 mm atau lebih) ke dinding terowongan. Satu atau dua lapis wire mesh mungkin ditempatkan terlebih dahulu untuk memperkuat shotcrete, atau serat penguat dapat ditambahkan ke campuran beton untuk meningkatkan kekuatannya.
Produk Sampingan/Limbah
Terkadang tanah yang diambil dari terowongan dibuang begitu saja ke tempat pembuangan sampah. Dalam kasus lain, bagaimanapun, itu menjadi bahan baku untuk proyek lain. Misalnya, dapat digunakan untuk membentuk jalur dasar untuk jalan pendekat atau untuk membuat tanggul jalan untuk bahu jalan yang lebih lebar atau pengendalian erosi.
Kontrol Kualitas
Selain menjaga stabilitas tanah di sekitar terowongan dan memastikan integritas struktural dari lapisan terowongan, keselarasan yang tepat dari jalur penggalian harus dicapai. Dua alat yang berharga adalah sensor sistem penentuan posisi global (GPS) yang menerima data lokasi yang tepat melalui sinyal satelit dan sistem panduan yang memproyeksikan dan mendeteksi sinar laser di dalam terowongan.
Masa Depan
Metode eksplorasi, bahan, dan mesin adalah area yang memungkinkan untuk ditingkatkan. Gelombang suara yang ditransmisikan melalui bumi sekarang dapat menghasilkan pemindaian CAT virtual dari jalur terowongan, mengurangi kebutuhan untuk mengebor sampel inti dan terowongan pilot. Beberapa contoh penelitian material melibatkan alat potong yang lebih efektif dan tahan lama, beton dengan tingkat pengerasan yang lebih terkontrol dengan tepat, dan proses yang lebih baik untuk memodifikasi tanah agar lebih mudah dipotong, digali, atau dibuang. Perkembangan terbaru dalam teknologi alat berat mencakup TBM berkepala banyak yang dapat membuat dua atau tiga terowongan paralel secara bersamaan dan TBM yang dapat berbelok ke sudut hingga 90° saat memotong. Kemampuan kendali jarak jauh yang lebih baik untuk mesin penggali akan meningkatkan keselamatan dengan mengurangi jumlah waktu yang dibutuhkan orang untuk berada di bawah tanah selama proses penggalian.