Kinerja TBM Selama Penggalian: Yuk Simak!

Halo Sobat APT! di artikel sebelumnya kita sudah membahas tentang Keruntuhan Britel Pada Penggalian Terowongan. nah sekarang kita mau bahas lanjutannya nih, perihal Kinerja TBM Selama Penggalian. Jadi, kinerja Tunnel Boring Machine (TBM) selama penggalian ini perlu dipantau lewat beberapa parameter, seperti tekanan muka dan laju maju. Tekanan muka TBM kita jaga di sekitar 1,69 MPa, meskipun kadang ada penurunan beban karena tiba-tiba kepala pemotongnya kehilangan kontak dengan muka terowongan. Rata-rata laju maju TBM di 49,98 mm/jam, dan total waktu penggaliannya sekitar 2,80 jam untuk maju sejauh 146 mm.

Profil terowongan yang kita gali punya diameter rata-rata 51 mm, jadi radius terowongan ini sekitar 25,5 mm. Tapi uniknya, dinding terowongan ini tidak bulat sempurna, melainkan bergelombang. Kinerja pemotongan juga dipengaruhi oleh sifat massa batuan, terutama respons kerapuhan. Batuan pasir sintetis yang kita pakai dalam percobaan ini menunjukkan perilaku rapuh, sehingga laju kemajuan TBM lebih cepat dibanding batu serpih sintetis yang dipakai sebelumnya.

Nah, fluktuasi dalam laju maju ini bisa terjadi karena hilangnya kontak antara kepala pemotong dan spesimen batuan. Selama penggalian mekanis, TBM beroperasi dengan beban kuasi-statis, dan sifat massa batuan ini bener-bener menentukan kelayakan penggalian.

Gambar 9. Catatan pemantauan parameter TBM miniatur selama tahap penggalian; (a) tekanan dorong pada muka; dan (b) kecepatan maju

Jadi, selama proses penggalian, terowongan tetap berada di bawah beban, dan hasil analisis menunjukkan ada beberapa retakan yang sejajar dengan sumbu terowongan. Nah, ada juga fragmen batuan tipis yang terlepas, yang menandakan kegagalan terkelupas di sekitar batas terowongan. Permukaannya itu tidak halus, tapi justru bergelombang, yang membuat kerusakan semakin parah.

Setelah resin epoksi dimasukkan ke dalam terowongan, mikrostruktur batuan tetap terjaga dengan baik. Makro Fotografi dari penampang setengah aksial dan longitudinal menunjukkan karakteristik kerusakan yang jelas. Tapi, untuk Zona Pengaruh Penggalian (EIZ), cukup susah diidentifikasi karena deformasi elastisnya tidak kelihatan.

Kerusakan di dinding terowongan ini dibagi jadi empat zona:

1. Zona Kerusakan Tinggi (HDZ) yang ditandai dengan perubahan warna coklat yang signifikan dan banyak retakan; 
2. Zona Kerusakan Penggalian (EDZ) yang punya sedikit perubahan warna karena deformasi plastis; 
3. Zona Kerusakan Konstruksi (CDZ) yang kelihatan lebih padat dengan warna abu-abu terang; 
4. dan terakhir, Zona Terkelupas, yang ditandai dengan pemisahan material tipis di dinding.

Terkelupas ini ada hubungannya dengan retakan mikro yang sejajar dengan dinding, yang terjadi karena kegagalan ekstensional. Dan yang menarik, kedalaman terkelupas yang terukur sekitar 2 mm, atau sekitar 8% dari radius terowongan. Jadi, kalau kita bayangkan terowongan dengan diameter 10 m, bisa-bisa kedalaman terkelupasnya sampai 0,4 m lho…

Gambar 11. Setengah penampang silang terowongan batu yang dilapisi pada panjang maju sekitar 50 mm dari portal terowongan. HA menunjukkan Half-Axial, sementara kode-kode berikut mencakup nomor plat sehubungan dengan jarak dari portal dan lokasi tembakan (atas, tengah, dan bawah). Jenis dan warna garis demarkasi yang berbeda menunjukkan zona kerusakan yang diinduksi di sekitar batas terowongan.

Jadi, Gambar 11 ini memperlihatkan setengah penampang terowongan pada kemajuan 50 mm, lengkap dengan foto makro close-up dari tiga lokasi. Di sini, kita bisa lihat ada empat fragmen batu yang terpisah akibat spalling di dinding terowongan. Bentuk material yang terpisah ini panjang dan super tipis, terlepas secara paralel dari dinding. Ini jelas menunjukkan bahwa spalling jadi penyebabnya, bukan dari proses pengeboran yang biasanya menghasilkan potongan yang bentuknya acak.

Oh iya, penyemprotan udara selama penggalian juga berperan buat ngeluarin potongan-potongan itu. Close-up di lokasi HA-2-U, HA-2-M, dan HA-2-L menunjukkan respon yang berbeda dari dinding terowongan. Foto HA-2-U, misalnya, nunjukin dua segmen yang terpisah di permukaan dinding, ditandai dengan garis putus-putus. Sementara itu, foto HA-2-L dengan jelas menunjukkan indikasi spalling.

Ketebalan material yang terpisah ini sekitar 0,3 mm, dan bisa terlepas hingga 1,2 mm dari dinding terowongan. Selain itu, kita juga bisa lihat Zona Kerusakan Tinggi (HDZ) dan Zona Kerusakan Penggalian (EDZ) yang jauh dari dinding, ditandai dengan perubahan warna signifikan akibat penetrasi resin. Jadi, semua informasi ini penting banget buat memahami kerusakan yang terjadi di terowongan, begitu Sobat APT!

Gambar 12. Setengah penampang aksial spesimen terowongan batu yang dilapisi pada panjang kemajuan sekitar 100 mm dari portal terowongan. HA menunjukkan Half-Axial, sedangkan kode berikutnya mencakup nomor slab terkait jarak dari portal dan lokasi tembakan (atas, tengah, bawah, dan invert).

Di gambar ini, ada empat material tipis yang terpisah dari dinding terowongan, dan Zona Kerusakan Konstruksi (CDZ) terlihat jelas di batas terowongan dengan ketebalan sekitar 0,2 mm. Perubahan warna yang signifikan hingga 5 mm ini menandakan adanya Zona Kerusakan Tinggi (HDZ) yang dikelilingi oleh Zona Kerusakan Penggalian (EDZ).

Lanjut ke foto HA-3-U, di situ kita bisa lihat CDZ dengan ketebalan 0,3 mm. Sedangkan foto HA-3-L memperlihatkan material terpisah hingga 0,4 mm, dengan pemisahan yang mencapai 0,8 hingga 1 mm. Menariknya, resin meresap hingga 11,5 mm dari batas terowongan, yang menunjukkan bagaimana penetrasi resin bisa bikin perubahan signifikan.

Lubang terkelupas yang kita lihat kemungkinan besar berasal dari permukaan yang terkelupas di batas terowongan. Semua detail ini penting banget untuk memahami kondisi terowongan.

Gambar 13. Penampang longitudinal spesimen terowongan batu yang dilapisi. LU dan LL menunjukkan bagian longitudinal atas dan bawah, sedangkan angka berikutnya adalah nomor tembakan

Gambar 13 menunjukkan penampang longitudinal terowongan. Di sini, kita bisa lihat spalling dari segmen batu tipis dan keberadaan Zona Kerusakan Konstruksi (CDZ) yang hampir kontinu, dikelilingi oleh Zona Kerusakan Penggalian (EDZ). Batas kedua zona ini mengikuti undulasi dinding terowongan yang diekskavasi secara tidak teratur.

Di foto LU-1, ada material yang terpisah di dekat tepi penangkap, dan garis putus-putus menandai Zona Kerusakan Tinggi (HDZ) yang mengalami perubahan warna kemerahan. Foto LU-2 menunjukkan mikro-fraktur yang muncul akibat profil terowongan yang bergelombang. Sementara di LL-1, kita bisa melihat tiga material terpisah dengan jarak pemisahan antara 0,5 hingga 2 mm. Di LL-2, perubahan warna yang signifikan di HDZ menunjukkan adanya lokalisasi geser.

Rata-rata infiltrasi resin di EDZ tercatat sebesar 11,15 mm, yang menghasilkan jari-jari plastik eksperimental Rp sekitar 37 mm. Displacement radial maksimum yang diukur adalah 2,57 mm.

Nah, Gambar 14 memberikan visualisasi perpindahan radial terowongan. Deformasi plastik terlokalisasi di bagian atas dinding yang terlepas, ini semua akibat ketidakteraturan terowongan setelah penggalian. Detail-detail ini penting banget, Sobat APT, untuk memahami kondisi terowongan secara keseluruhan!

Kesimpulan

Penelitian ini fokus mengkaji kerusakan pada model terowongan yang digali dalam batu sintetis rapuh dengan menggunakan sel triaxial sejati. Dalam eksperimen ini, miniatur TBM dipakai untuk menggali model terowongan skala di bawah kondisi stres in-situ yang realistis. Uji elemen laboratorium dilakukan untuk memahami perilaku mekanis batuan, terutama respons rapuh dan retakan yang muncul pada spesimen batuan sintetis.

Setelah eksperimen, investigasi dilakukan dengan makrofotografi pada batas terowongan yang gagal, dan ini mengonfirmasi kerusakan serta mekanisme kegagalan yang terjadi. Salah satu mekanisme kegagalan yang umum adalah terkelupas, yang muncul akibat meningkatnya intensitas stres dan stres tangensial di sekitar batas terowongan saat pemuatan bertahap.

Dari hasil eksperimen ini, kita bisa menarik beberapa kesimpulan yang penting:

Gambar 14. Hasil pelacakan yang didigitalkan pada perpindahan terowongan dari penampang longitudinal. (a) Diagram sebar dengan pemilihan titik dari invert dan mahkota terowongan. (b) Deformasi terowongan dan kegagalan spalling sepanjang profil longitudinal terowongan yang diberi beban dengan perbesaran 5x untuk tanah yang terdeformasi. Perlu dicatat bahwa penggalian awal dengan TBM miniatur menghasilkan bentuk terowongan yang tidak teratur.

Hasil penelitian ini memberikan beberapa kesimpulan penting, Sobat APT!

1. Terdapat tiga zona kerusakan yang teridentifikasi: Zona Kerusakan Konstruksi (CDZ), Zona Kerusakan Tinggi (HDZ), dan Zona Kerusakan Penggalian (EDZ), serta pemisahan material akibat terkelupas. Zona-zona ini punya kaitan erat dengan mekanisme kegagalan yang berbeda, mirip dengan kurva stres-regangan sebelum, saat, dan setelah puncak.
2. Model terowongan menunjukkan kegagalan terkelupas dengan ketebalan sekitar 2 mm, setara dengan 8% dari radius terowongan. Temuan ini penting banget untuk memahami potensi bahaya dalam konstruksi terowongan di kondisi in-situ yang sebenarnya.
3. Kegagalan ekstensional di dekat batas terowongan, yang terlihat dari pola kegagalan, sejalan dengan perilaku dinding terowongan dan sampel uji UCT, keduanya menunjukkan retakan yang sejajar dengan tegangan utama.
4. Investigasi pasca-eksperimen di penampang longitudinal juga mengungkap potensi lokalisasi geser dan mikro-retakan akibat profil terowongan "as-built" yang bergelombang, dengan HDZ terlokalisasi erat mengikuti batas akhir terowongan.

Ini semua penting untuk pengembangan dan perbaikan teknik dalam proyek terowongan, Sobat APT!