Perkembangan Teknologi Shield Tunneling (bag. 2)

melanjutkan post sebelumnya mengenai perkembangan metode Shield Tunneling karena masih ada beberapa metode khusus mengenai Shield Machine yang belum saya paparkan. Berikut lanjutan pemaparan :

----------------------------------------

5.  DOT Tunneling Method

Pada umumnya DOT Tunneling method memiliki kesamaaan dengan Multi-Circular Face Method, hanya yang berbeda pada sistem Cutterhead-nya. Mekanisme yang diterapkan pada DOT Tunneling Methode adalah dimana Shield Machine dengan Cutterhead berbentuk jari-jari (jeruji) yang diposisikan pada bidang yang sama untuk potongan ganda.  Cutterhead disinkronisasikan bergerak berlawanan arah agar tidak saling berbenturan.

Hirosima Astram Line (Jalur Sistem Trasnportasi)

Penampang : Lebar 10.69 dan Tinggi 6.09

Konstruksi Fase 3 - Saluran Air Kotor Utama No.2 di kota Narashino 

Penamapang : Lebar 7.65m dan Tinggi 4.45 m

Konstruksi dari Chayagasaka Jalur Bawah Tanah Nagoya No.4

Penampang :  Lebar 11.12 m dan tinggi 6.52

6. Horizontal & Vertical variation Shield-Method

Mekanisme saat Tunnel Driving (Proses Pembuatan Tunnel):
- Cross Articulation System
Sistem ini menyambungkan dua buah badan depan TBM dengan arah saling berkebalikan dan membuat bagian badan mesin bergerak maju dengan arah yang berbeda. Sistem ini memungkinkan Shield Machine menghasilkan gaya secara berputar dan bergerak secara spiral.

Cross Articulation System

- Segmen Terintegrasi (Integrated Segment)

Tunnel berbentuk spiral dapat dilaksanakan dengan menggunakan integrated segment pada penampang dimana dua buah tunnel digabungkan dan memuntir. Segmen untuk Tunnel tunggal biasa juga dapat digunakan untuk pelaksanaan tunnel terpisah.

Integrated Segment

Karakteristik :
1. Penampang potongan dapat diubah secara berkelanjutan dari arah horizontal ke arah vertikal dengan bentuk lingkaran ganda (Multi-Circular). 
Cross Articulation System memungkinkan untuk mengontrol secara bebas pada pengendalian mesin dan arah orientasinya, dan secara berkelanjutan dapat merubah arah alignment penampang dari horizontal ke arah vertikal.

Perubahan Alignment dari Vertikal ke Horizontal

2. Tunnel terpisah dapat dilaksanakan tanpa mememerlukan Vertical Shaft
Pemisahan Shield Machine dapat dilaksanakan didalam tanah sehinga memungkinkan untuk melaksanakan kontruksi tunnel terpisah tanpa memerlukan mid-tunnel vertical shaft.

Pemisahan Shield Machine 

3. Periode pelaksanaan yang pendek.
Pelaksanaan secara simultan untuk tunnel ganda dan mengeliminasi pembuatan mid-tunnel vertical shaft untuk pekerjaan pemisahan tunnel sehingga memungkinkan periode pelaksanaan yang lebih pendek.

Konstruksi Saluran Utama Minami-dai 

Diameter dari Shield Machine untuk pelaksanaan secara Vertikal dengan Tunnel terpisah

Upper Shield : 3.29 m

Lower Shield : 2.89

Tipe : Slurry

Panjang : 154 m

Konstruksi Pekerjaan Stasiun Roppongi pada jalur bawahtanah Loop No.12

Diameter dari 4 buah Shield Machine

Main Shield : 6.56 m (Kiri dan Kanan)

Sub-Shield : 1.72 m(Atas dan Bawah)

Tipe : Slurry

Panjang : 118 m x 2 Tunnel

7. Wagging Cutter Shield Tunneling Method

Mekanisme penggalian :
1. Penampang Potongan yang Fleksibel
Tunnel dengan berbagai penampang dapat dilaksanakan dalam konstruksi.

2. Compact Shield Tunneling Machine
Tunnel berbentuk persegi dapat dilaksanakn dengan menggunakan mekanisme penggalian yang sederhana. Berat dan panjang dari Shield Machine dan biaya dapat dikurangi dengan menggunakan hydraulic jack.

3. Lapisan Struktur pada Tunnel Persegi
Lapisan dari Shield Tunnel persegi memiliki lapisan struktur yang efektif. Pada bagian terluar tunnel dipasang struktur komposit baja beton terdiri dari cangkang baja yang berfungsi sebagai bagian penahan tarik. Dan pada dalamnya berupa struktur beton bertulang.
Penggunaan cangkang baja tidak hanya digunakan sebagai temporary lining saat pekerjaan sementara tetapi juga dapat digunakan sebagai struktur tunnel utama hingga penyelesaian proses pembuatan tunnel lining, dan hal tersebut dapat memberi keuntungan dalam pengurangan biaya konstruksi.

Karakteristik :
1. Cutter Wagging System
Cutters (pemotong) dapat memanjang dan memendek layaknya piston karena digerakan oleh hydraulic jack. Oleh karena itu, mekanisme struktur sangat sederhana sehingga berat dan panjang dari mesin dapat dikurangi.

2. Overcutters
Rotasi pemotong dan proses pemanjangan dan pemendekan dari overcutters diatur secara otomatis sehingga dapat memungkinkan untuk melakukan penggalian pada bagian ujung dari cutting face (area penampang pemotongan).

3. Spike Bits
Long-Stroke cutters diperlukan pada metode Wagging Cutter berbentuk non-circular karena harus memiliki durabilitas dan reliabilitas tinggi dibandingkan dengan pemotong biasa pada umumnya. Pengembangan baru dari spike-bits (mata bor/gurdi) dengan performa tinggi adalah kemampuannya untuk melakukan penetrasi dan memotong tanah saat overcutter memanjang atau memendek (atau sebelum dan sesudah cutterhead bergerak secara mengibas)

Spike Bits

Konstruksi dari Tozai Line - Kyoto Rapid Transit

Penampang : Lebar 9.9 m dan 6.5 Tinggi

Metode : Earth Pressure Balance Shield Method

Panjang Konstruksi : 120 m

Konstruksi dari Jalan Kiramedikori, Jalan Bawah Tanah

Penampang : Lebar 7.81 m dan Tinggi 4.98 m

Metode : Earth Pressure Balance Shield Method

----------------------------------------------------------

Sekian pemaparan-nya, walau sebenernya masih banyak lagi metode-metode dari Shield Tunneling  belum saya jabarkan seperti :
- DK Shield Method
- Rheological Foam Shield Tunneling Method
- Extruded Concrete Lining Method
- Mechanical Shield Docking Method
- Chemical Plug Shield Method
- P&PC Segment Lining Method

untuk metode diatas jika ingin kalian pelajari silahkan ke link berikut :
http://www.shield-method.gr.jp/eng/index2.htm

Selain itu ada juga spesial teknologi dari perusahaan Jepang Shimizu dan Obayashi, antara lain :
- F-Navi Method
   untuk tingkat konstruksi dengan pengerjaan secara cepat (Rapid Construnction)
- Shimizu MSD Method (Mechanical Shield Docking Method)
   untuk menghubungkan (mempertemukan) dua buah tunnel secara simultan tanpa memerlukan ground freezing.
- Shimizu T-BOSS Method
Menghubungkan dua buah tunnel dengan koneksi berbentun huruf "T"
- Shimizu SR-J, ES-J Seg-Jet Method
Untuk menghubungkan tunnel dengan koneksi berbentuk huruf "Y".
- Obayashi URUP  Method
Untuk melakukan konstruksi tunnel tanpa perlu menggunakan Launching Shaft sehingga dapat menghemat waktu dan biaya.

Perkembangan Teknologi Shield Tunneling (bag. 1)

Jepang melakukan berbagai inovasi di metode Shield Tunneling sejak lama dan terus berlanjut hingga sekarang. Tidak dipungkiri lagi bahkan dalam desain Tunnel yang dikeluarkan ITA (International Tunneling Association) berkiblat kepada standar Jepang - JSCE : Japanese Standard for Shield Tunneling untuk perhitungan gaya dalam elastic equation pada Segmen Tunnel.  

Berikut hasil pemaparan dari perkembangan Shield Tunneling (bag. 1) dan beberapa metode khususnya :

-------------------------------------

Perkembangan Shield Tunneling di Jepang

Terowongan pertama yang dibangun di Jepang dengan menggunakan metode perisai pelindung (Shield Tunneling) adalah terowongan Oriwatari (1438 m) pada jalur Uetsu dimana Shield-Machine (sebutan lain TBM) dengan ukuran 7.4 m digunakan dalam konstruksi. Akan tetapi, Shield-Machine tersebut sulit untuk dikendalikan dan hanya mencapai penggalian sepanjang 184 m selama konstruksi. Shield Tunneling di Jepang juga dilakukan pada proyek terowongan Tanna dan juga konstruksi terowongan Kanmon (7.2 diameter).

Metode perisai pelindung pertama di Jepang - Shield Machine Terowongan Oriwatari 

Terowongan Kanmon digali dengan menggunakan Shield-Machine 7.2m

Di Jepang, Penggunaan metode konvesional dengan tipe terbuka digunakan pada Kakuozan Subway, Nagoya pada tahun 1960 dan Saluran air di Tokyo pada Tahun 1962. Pada titik ini, Jepang mengalami ketertinggalan dalam pengembangan dan inovasi teknologi Shield Tunneling. Bagaimanapun juga, dengan meningkatnya permintaan dan kebutuhan yang mendesak pada konstruksi terowongan, penelitian mengenai pengembangan metode Shield Tunneling menjadi lebih aktif. Pada tahun 1963, sebuah mesin perisai (Mechnical Shield) digunakan pada konstruksi saluran air di Oyada, Osaka. Di tahun 1964, sistem slurry digunakan untuk menstabilkan tekanan permukaan terowongan, juga penggalian dengan dongkrak (pipejack) digunakan.

Metode Spesial Shield Machine

1.  Multi-Circular Face (MCF) Shield Method

Konstruksi Shield-Tunnel lebih stabil untuk terowongan jalur tunggal paralel dibandingkan terowongan jalur ganda, akan tetapi hal ini membutuhkan area yang lebih luas. Multi-face shield dengan menggabungkan dua buah mesin bor dikembangkan pada tahun 1988 dan digunakan untuk menggali sepanjang 623 m pada terowongan Kyobashi, Jalur Keiyo.

Multi-face Shield Machine (1998) - Tabung-O-Ganda (Double-O-Tube) shield machine dikembangkan untuk konstruksi terowongan jalur ganda dengan area potongan yang lebih kecil.

Metode MCF shield menempatkan CutterHeads (Cakram Pemotong) yang saling overlapping pada Shield Machine dengan titik longitudinal yang berbeda. Hal ini membuat mesin mampu menggali terowongan dengan lebar potongan yang lebih panjang pada arah horizontal (atau dengan tinggi potongan yang lebih pendek untuk arah vertikal).

Terowongan dengan menggunakan Multi-Face Shield Machine

Dengan menyambungkan dua atau tiga bagian lingkaran atau penampang yang dipasang secara vertikal maupun horizontal, bisa menawarkan terowongan dengan beragam penampang dibandingkan hanya sebuah lingkaran. Hal ini memungkinkan dilakukan konstruksi secara simultan untuk dua buah terowongan dengan memanfaatkan lahan yang sempit.  Bahkan untuk kasus untuk area vertikal terbatas karena terdapat bangunan existing, metode MCF potongan koneksi horizontal bisa diadopsi untuk penggalian.

Perbandingan terowongan sistem MFC dengan konvensional

2.  Enlargement Shield Tunneling Method

Metode ini dimulai dengan memperbesar perisai (Shield) dari penentuan titik awal pada jalur terowongan dan menggali secara longitudinal untuk memperbesar penampang dari terowongan. Penampang bisa diperbesar sesuai dengan panjang yang dinginkan terhadap area yang digunakan.

Enlargement Shield Machine tipe Slurry

Berikut adalah mekanisme metode dari Enlargement Shield Tunneling :

1. Penggalian oleh Shield Machine melingkar - Circumferential Shield Machine. 

    (Pembangunan dasar untuk memulai Enlargement Shield Machine)

 2. Pemasangan Enlargement Shield Machine

2. Pemasangan Enlargement Shield Machine

 3. Pemasangan Segment oleh Enlargement Shield Machine

3.  Rotating Shield Method

Metode pembuatan terowongan segala arah yang dapat meningkatkan efisiensi dalam konstruksi. Karakteristik dari metode ini adalah :

- Menggunakan vertical shaft yang rapat (lubang vertikal sebagai area tempat TBM pertama kali dioperasikan) 

- Akselarasi pada penggerak

- Lebih ekonomis untuk kedalaman besar

- Memiliki keamanan yang baik untuk kedalaman besar

Konstruksi saluran air kotor Bandai - Hannan 

(Vertical-to-Horizontal Shield Machine)

Shield Diameter 

Vertical diameter : 5.90 m

Horizontal diameter : 4.20 m

Type : Slurry shield (Vertical) - Earth Pressure Balance (Horizontal)

Konstruksi Saluran air kotor Shimoji

(Horizontal-to-Horizontal Shield Machine)

Shield Diameter 

Vertical diameter : 3.93 m

Horizontal diameter : 2.680 m

Type : Slurry shield

Mekanisme pengerjaan terowongan :

Vertical-to-Horizontal Shield Machine : Penggalian dengan menggunakan Shield machine tunggal yang dimulai dari Vertical Shaft pada permukaan tanah  kemudian hingga mencapai bagian kedalaman  akses horizontal.

Horizontal-to-Horizontal Shield Machine : Mesin ini sangat efektif untuk area bawah tanah tepat dibawah jalur persimpangan yang padat .

4.  DPLEX Shield Method

Metode DPLEX dikembangkan di Jepang pata tahun 1990 dan metode ini memungkinkan untuk menggali terowongan dengan berbagai bentuk. Metode ini menggunakan rangka pemotong (cutter frame), dimana di support secara eksentris dengan beberapa poros engkol (multiple crank shaft). Dengan memutar poros pada arah yang sama, Cutter Frame  berputar secara paralel dan memotong penampang galian yang mirip dengan bentuk Cutter Frame itu sendiri.

Skema Mekanisme DPLEX Shield Method

Kelebihan secara teknis : 

- Bentuk potongan yang fleksibel

- Torsi pemotong yang kecil dan menggunakan energy sedikit

- Untuk penggalian jarak panjang tidak memerlukan penggantian 

- Mudah memasukan cairan kimia dari dalam mesin untuk stabilisasi tanah 

- Mudah dalam transportasi, perakitan dan pembongkaran mesin

Fase -18 Konstruksi Saluran Air Kotor Utama No.2 di Narashino City

(Penampang : Lebar 4.38 m dan tinggi 3.98 m)

Re-Konstruksi di Saluran Air Kotor Minamisuna 1 dan  Kitasuna 1, Tokyo

(Diameter : 3.48 m)

Konstruksi di Honjo, Teito Rapid Transit - Jalur Kereta Bawah Tanah No. 11 Tokyo

(Diameter : 9.6 m)

---------------------------------------------

Sebenernya masih banyak metode yang belum gwa paparkan disini, dilain kesempatan gwa akan menjelaskan metode lainnya seperti DOT Tunneling Method, Horizontal & Vetical variation Shield-Method, dan Wagging Cutter Shield Tunneling Method.

Selain itu gwa bakal memberikan informasi penggunaan TBM di Indonesia yang sebenernya sudah digunakan 20 tahun lalu. 

Sejarah Awal Dibalik Konsep Tunnel Boring Machine

Mungkin kita berdecak kagum ketika melihat proses pembuatan Terowongan dengan menggunakan Tunnel Boring Machine, sebuah mesin bor besar berbentuk silinder dengan cutterhead diujungnya yang berfungsi menggerus tanah yang ada didepannya.

Gambar 1 . Modern Tunnel Boring Machine

Tapi tahu gak sebenernya metode pembuatan terowongan dengan konsep TBM ini awal mulanya sudah ditemukan 200 tahun lalu dan ide awal ditemukan metode ini sangat sederhana. Nah berikut gwa mencoba paparkan sejarah awal mula Shield Tunneling.

--------------------

Sejarah Awal Dibalik Konsep Tunnel Boring Machine

Shield Tunneling merupakan pengembangan metode dari penggalian terowongan pada tanah lunak yang terletak di bawah sungai. Konsep ini pada mulanya ditemukan oleh Mark Brunel. Mark Brunel adalah seorang engineer berkebangsaan Prancis yang menetap di Inggris dan dengan cepat dia berhasil membuat dirinya menjadi salah satu insinyur yang menonjol di Inggris.  Mark Brunnel menemukan ide konsep Shield Tunneling ketika dia melihat sebuah lubang yang dibuat oleh cacing kayu (shipworm). 

Gambar 1 . Teredo Navalis - Cacing Kayu

Pada tahun 1818, Brunel dianugerahi paten dari hasil temuannya tersebut dan penerapan metode konstruksinya dilakukan pada terowongan Thames di London pada tahun 1825. Konsep dasar yang dia terapkan adalah pemasangan sebuah rigid frame (shield) yang menembus tanah lunak dengan bantuan dongrak pendorong. Rigid frame berfungsi sebagai pelindung dari tanah agar tidak runtuh. Pelindung ini memiliki bentuk persegi dengan bahan terbuat dari baja. Dengan mengulang proses jacking kemudian membangun struktur penyokong, maka penggalian dapat diteruskan. Terowongan Thames memiliki panjang 396 m dan  menghubungkan Rotherhithe dan Wapping.

Gambar 2 . Marc Brunel's Thames Tunnel Shield

Konsep Shield Tunneling ini kemudian di desain ulang oleh  Peter W. Barlow dan dikembangkan oleh muridnya James Henry Greathead, dimana dia membuat metode shield tunneling berbentuk lingkaran pada pembuatan Tower Subway pada tahun 1869. Penggunaan segment baja, pengurukan, dan penyuntikan digunakan oleh Greathead  dalam pekerjaannya. Metode ini yang menjadikan prototipe dari metode pelindung yang kita gunakan sekarang. Penggunaan tekanan udara juga dipelajari pada pekerjaan Terowongan Woolwich yang terletak dibawah sungai Thames tahun 1876. Walaupun metode ini tidak digunakan sepenuhnya hingga akhir pekerjaan. Greathead juga menyusun rencana untuk menggunakan air dalam penggalian tanah dan stabilisasi pada muka terowongan.

Gambar 3 . James Henry Greathead Shield

Sistem ini juga digunakan oleh Greathead pada pembuatan terowongan Waterloo dan City Railway yang dibuka pada tahun 1898. Hingga hari ini metode pelindung terowongan (Shield Tunneling) masih mengadopsi metode dari Greathead.

Gambar 4. Shield Tunneling Waterlooo & City Railway

----------------------

Itulah sejarah awal mula konsep dari Shield Tunneling, di lain waktu gwa akan menjelaskan pengembangan dan inovasi dari metode Shield Tunneling yang dilakukan oleh negara Jepang.

Sekedar Intro

Bismillahirrohmanirrohim ...

Assalamualaykum Warrahmatullah Wabarakatuh ...

Sebelumnya terima kasih dah berkunjung ke blog ini.

Ini sekedar intro saja, sebenernya sudah lama punya keinginan untuk menulis blog khusus mengenai ilmu sipil yang gwa dapet... semoga bisa lebih konsisten untuk menyebarkan ilmu lebih luas lagi melalui blog ini.

Menulis di blog sebenernya sudah bukan hal pertama, sebelumnya sering menulis journal di deviantart ... kebanyakan yang ditulis lebih ke pengalaman di desain grafis. Ya karena dulu sempat menyukai dunia desain grafis dan fotografi ... walau akhirnya sekarang nyemplung ke desain struktur.

Setelah dari deviantart, mampir ke Tumblr. Khusus di Tumblr, tulisan lebih ke musik indies dan pengalaman jalan-jalan. Dan lebih banyak lagi video-video, yg menurut gwa sih menarik.

Yak, semoga blog ini bisa terus berlanjut gak sekedar cuma isi intro kayak gini doang. Biar ngelatih diri lebih terorganisir juga dengan menulis, dan bisa sharing bagi pembacanya.

Biar gak bosen share dikit manfaat menulis :

See You at Next Chapter ....

Mengenal Teknik Sipil dan Sejarahnya sebagai Disiplin Rekayasa Tertua

Sejarah teknik sipil dapat ditelusuri kembali ke abad 4000 sebelum masehi, yang pada awalnya berkembang di daerah Mesir Kuno dan Mesopotamia. Hal ini berkaitan dengan ditemukannya Piramida Raha Djoser yang terdapat di kompleks Saqqara dan Piramida ini diakui sebagai piramid tertua di dunia. Dan diketahui piramida ini dibangun oleh seorang engineer bernama Imhotep,

Gambar 1. Piramida Josep yang dirancang oleh Imhotep (source img:wikipedia)

Engineer pada mulanya dimiliki oleh militer sebagai profesi dan termasuk bagian dari jabatan di militer. Memiliki peran untuk membangun benteng, pertahanan, pos militer, jembatan, jalan dan bangunan pendukung perang. Kemudian setelah perang usai, profesi engineer ini masih dibutuhkan untuk membangun kembali kota yang telah hancur.

Di bidang akademik, Teknik sipil merupakan cabang ilmu teknik yang mempelajari dasar perancangan, pembangunan, melakukan perawatan fisik bangunan dan infrastruktur lingkungan termasuk jalan, jembatan, bendungan, kanal dan gedung.

Gambar 2. Jembatan Golden Gate

Teknik Sipil sendiri dibagi menjadi beberapa sub-disiplin lagi, yaitu sebagai berikut :
1. Struktural
Cabang yang mempelajari masalah struktural dari materi yang digunakan untuk pembangunan. Sebuah bentuk bangunan mungkin dibuat dari beberapa pilihan jenis material seperti baja, beton, kayu, kaca atau bahan lainnya. Setiap bahan tersebut mempunyai karakteristik masing-masing. Ilmu bidang struktural mempelajari sifat-sifat material itu sehingga pada akhirnya dapat dipilih material mana yang cocok untuk jenis bangunan tersebut. Dalam bidang ini dipelajari lebih mendalam hal yang berkaitan dengan perencanaan struktur bangunan, jalan, jembatan, terowongan dari pembangunan pondasi hingga bangunan siap digunakan.

2. Geoteknikal
Cabang yang mempelajari struktur dan sifat berbagai macam tanah dan batuan dalam menopang suatu bangunan yang akan berdiri di atasnya. Cakupannya dapat berupa investigasi lapangan yang merupakan penyelidikan keadaan-keadaan tanah suatu daerah, penyelidikan laboratorium serta perencanaan konstruksi tanah dan batuan, seperti: timbunan (embankment), galian (excavation), terowongan tanah lunak (soft soil tunnel), terowongan batuan (rock/mountain tunnel), bendungan tanah/batuan (earth dam, rock fill dam), dan lain-lain.

3. Transportasi
Cabang yang mempelajari mengenai sistem transportasi dalam perencanaan dan pelaksanaannya. Mencakup bidang ini antara lain konstruksi dan pengaturan jalan raya, konstruksi bandar udara, terminal, stasiun dan manajemennya.

4. Manajemen Konstruksi
Cabang yang mempelajari masalah dalam proyek konstruksi yang berkaitan dengan ekonomi, penjadwalan pekerjaan, pengembalian modal, biaya proyek, semua hal yang berkaitan dengan hukum dan perizinan bangunan hingga pengorganisasian pekerjaan di lapangan sehingga diharapkan bangunan tersebut selesai tepat waktu.

5. Hidrologi
Cabang yang mempelajari air, distribusi, pengendalian dan permasalahannya. Mencakup bidang ini antara lain cabang ilmu hidrologi air (berkenaan dengan cuaca, curah hujan, debit air sebuah sungai dsb), hidrolika (sifat material air, tekanan air, gaya dorong air dsb) dan bangunan air seperti pelabuhan, irigasi, waduk/bendungan(dam), kanal.