KONSTRUKSI TEROWONGAN

SHARING KNOWLEDGE PT. WASKITA KARYA (Persero)

KONSTRUKSI TEROWONGAN

I. DASAR TEORI

A. Pendahuluan

Tujuan umum dibuatnya sebuah terowongan adalah untuk menjamin transportasi langsung dari barang atau penumpang atau material lainnya menembus rintangan alam dan aktifitas manusia. Terowongan dibuat menembus gunung, di bawah sungai, laut, pemukiman, gedung- gedung atau jalan raya. Berguna untuk sarana tranportasi, hidro power, jaringan listrik, gas, saluran pembuangan dan lain-lain.

B. Klasifikasi Terowongan berdasarkan Fungsinya

1) Terowongan Lalu Lintas (Traffic)

Beberapa penggunaan terowongan untuk lalu-lintas diantaranya :

• Terowongan Kereta api

• Terowongan jalan raya

• Terowongan navigasi

• Terowongan tambang

2) Terowongan Angkutan

• Terowongan pembangkit Tenaga Listrik (Hidro Power)

• Terowongan Water Supply

• Terowongan Sewerage water

• Terowongan untuk utilitas umum

Terowongan yang dimaksud di sini adalah sebuah struktur bawah tanah sehingga dalam pelaksanaannya harus dilaksanakan tanpa boleh mengganggu aktifitas/ kondisi di permukaan tanah atau dapat pula dilakukan secara gali dan timbun (cut and cover).

C. Klasifikasi Terowongan berdasar Cara Pelaksanaannya

1) Micro Tunnel

Penggunaannya mayoritas untuk penempatan jalur pipa, kabel, dan jaringan air. Ukuran dari terowongan ini berkisar antara 60 cm s/d 100 cm dan dikerjakan secara modern dengan cara otomatis dengan peralatan robot.

2) Terowongan Dongkrak (Jacking)

Teknik pelaksanaan ini dipilih sebagai alternative karena pengggalian biasa terlalu mahal karena panjang yang terbatas, misalnya pembuatan underpass dan sejenisnya. Secara umum pelaksanaannya dilakukan dengan mendongkrak secara horizontal sebuah segmen beton precast atau baja memotong tanah dan membuang keluar secara manual bagian volume tanah yang terpotong segmen yang didongkrak tersebut.

3) Terowongan Batuan (Rock)

Terowongan ini dibuat menembus batuan masif yang relative keras dan dapat dilakukan langsung dengan metode penggalian menggunakan peralatan manual, mekanis maupun blasting. Masalah yang mungkin dihadapai adalah yang berkaitan dengan air tanah, dan struktur penopang pada zona patahan.

4) Terowongan melalui tanah lunak (soft ground)

Termasuk dalam kategoro ini adalah terowongan yang di buat melalui tanah lempung, pasir dan batuan lunak (soft rock). Karena mudah runtuh maka untuk pelaksanaan penggalian digunakan pelindung (shield). Sedangkan lining tunnel harus segera dipasang bersamaan dengan kemajuan gerakan Tunnel Boring Machine (TBM).

5) Terowongan Gali dan Timbun (Cut and Cover)

Terowongan ini dilaksanakan dengan menggali sebuah alur yang cukup sampai kedalaman yang diinginkan, kemudian pengecoran lining tunnel atau pemesangan lining precast dan melakukan penimbunan kembali (covering). Metode ini cocok dilaksanakan jika tersedia areal yang cukup, tidak mengganggu aktifitas dipermukaan dan letak jalur terowongan cukup dekat dengan permukaan.

6) Terowongan Bawah air (Underwater)

Terowongan ini biasanya melewati jalur batuan atau tanah lunak. Hal yang membedakan dengan terowongan tanah lunak adalah adanya tekanan air yang sangat tingggi, sehingga diperlukan metode untuk membuat terowongan menjadi kedap air. Salah satu metodenya yaitu dengan membuat trench di dasar sungai atau laut lalu menempatkan precast tube lining dan menerapkan teknik sambungan kedap air.

D. Terowongan Sipil dan Terowongan Tambang

Perbedaan mendasar antara terowongan Sipil dan terowongan tambang adalah sebagai berikut :

1) Kebanyakan terowongan Sipil adalah permanen, sedangkan terowongan tambang kebanyakan bersifat sementara (temporary). Beberapa terowongan tambang ada yang dirancang untuk dapat digunakan beberapa puluh tahun.

2) Terowongan Sipil digunakan untuk melayani kepentingan umum (transportasi, dll) sedangkan terowongan tambang digunakan untuk kepentingan khusus (pekerja atau aktifitas tambang).

3) Panjang terowongan tambang biasanya cukup besar karena digunakan untuk terowongan produksi tambang sedangkan terowongan Sipil kebanyakan dibuat sependek mungkin dan dilaksanakan dengan standart yang sangat ketat.

4) Jalur di mana terowongan tambang dibuat umumnya secara geologi telah diketahui cukup rinci karena adanya survey yang mendalam bersamaan dengan penyelidikan potensi material tambangnya. Sedangkan terowongan Sipil biasanya dibangun pada lokasi yang baru sehingga memerlukan penyelidikan geoteknik yang baru dan terperinci.

5) Kegiatan penambangan merupakan proses dinamis sehingga dapat mengakibatkan perubahan kondisi (rock reinforcement).

6) Biaya penyelidikan terowongan Sipil jauh lebih besar karena tuntutan masalah keamanan.

E. Akses Terowongan dan Manajemen Material

1) Konstruksi Portal

Akses masuk ke areal bawah tanah secara umum disebut portal. Akses ini dapat berupa sebuah shaft yang dikontruksi secara vertikal sampai kedalaman tertentu sesuai elevasi rencana terowongan utama (horisontal), atau berupa face terowongan yang bisa disiapkan secara horizontal karena kondisi lahan memungkinkan.

2) Manajemen Material

Yang dimaksud dengan manajemen material yang memerlukan pengaturan disini adalah:

• Material hasil galian yang harus dibawa keluar terowongan.

• Material supporting system dan elemen lining precast atau formwork dan beton cair yang harus dibawa masuk dalam terowongan dan geraka alat keluar masuk terowongan.

• Air hasil dewatering di dalam terowongan yang harus dibuang keluar terowongan.

F. Penyelidikan Geoteknik

Penyelidikan geoteknik adalah elemen yang sangat penting dalam perencanaan dan pelaksanaan sebuah terowongan. Dengan data geologi yang memadai dapat ditentukan desain terowongan yang sesuai, metode pelaksanaan yang paling optimal, biaya pelaksanaan yang rasional serta persiapan yang sebaik- baiknya direncanakan aspek keamanan pelaksanaan. Biaya pelaksaan akan sangat berpotensi membengkak karena kurangnya tersedianya data geologi.

Secara spesifik tujuan penyelidikan tersebut adalah untuk :

1) Menentukan stratifikasi tanah atau batuan pada jalur terowongan.

2) Menentukan sifat fisik batuan.

3) Menentukan parameter desain untuk batuan dan tanah.

4) Memberikan kepastian setinggi- tingginya bagi suatu proyek dan member wawasan kepada engineer menegenai kondisi yang mungkin terjadi saat pelaksanaan.

5) Mengurangi unsure ketidak pastian bagi kontraktor.

6) Meningkatkan keselamatan kerja.

7) Member pengalaman bekerja sehingga dapat memperbaiki kualitas- kualitas keputusan di lapangan.

Pemboran teknik untuk pengambilan sampel batuan adalah cara yang paling umum dipakai untuk pekerjaan terowongan. Dengan pengambilan sampel (core) dapat diketahui sifat fisik batuan, variasi pelapisan tanah, satuan batuan, dan informasi penting lainnya. Lokasi- lokasi yang memerlukan pengeboran secara detail adalah :

1) Daerah portal.

2) Daerah yang secara topografi dekat as terowongan, karena biasanya secara struktur lemah (overburden tipis).

3) Lokasi yang berpotensi mengalami pelapukan berat.

4) Daerah yang berpotensi air tanah tinggi dan adanya batuan porous.

5) Zona geser/ patahan.

II. TEKNIK GALIAN DALAM PELAKSANAAN TEROWONGAN

Metode galian dalam banyak diterapkan untuk pembuatan shaft dan stasiun pemberhentian bawah tanah. Dalam kondisi tertentu, membuat terowongan dengan metode cut and cover akan lebih murah daripada penggalian bawah tanah dengan mesin, kecuali jika dasar galian tempat jalur terowongan sangat dalam.

Metode dengan prinsip galian dalam yang dapat diterapkan adalah:

1) Galian Bebas

Metode ini adalah yang paling ekonomis, yaitu dengan cara membuat galian bebas tanpa perlu proteksi melainkan hanya dengan mendesain galian dengan slope galian yang aman.

2) Galian dengan Turap dan Penopang

System ini dilakukan dengan cara menggali secra bertahap dan memasang turap dan skur pada setiap tahap galian. Teknik ini umumnya diterapkan pada tanah kohesif dengan muka air tanah dibawah dasar galian. Cara ini terbatas untuk galian yang tidak terlalu lebar.

3) Dinding Berlin

Konstruksi dinding berlin dikerjakan dengan cara memancang batang baja profil H atau I dengan jarak tertentu dan memasang panel- panel kayu atau beton di antaranya. Jika galian cukup dalam, maka perkuatan dapat ditingkatkan dengan pemasangan angkur dan skur penopang.

4) Dinding Diafragma

Metode ini diaplikasikan dengan menggali menggunakan alat khusus dan galian dapat diisi dengan bentonite sehingga membentuk diafragma kedap air.

5) Dinding Pracetak

Metode ini merupakan kelanjutan dari metode diafragma. Dimana lubang galian yang sudah diisi bentonite kemudian dimasuki panel- panel pracetak.

6) Secant Pile

Secant pile adalah pembuatan tiang bor yang dikonstruksi secara rapat sehingga membentuk seperti dinding kedap air. Kecuali cara pengeboran dan cast insitu, metode dengan pemancangan langsung tiang beto pracetak juga sangat dimungkinkan.

7) Soil Nailing

Soil nailing adalah metode memperkuat struktur tanah dengan memasukan tulangan baja kedalam lubang bor yang disediakan dan kemudian dilakukan grouting pada lubang tersebut. Pelaksanaannya sangat efektif jika ditunjang dengan penggunaan shotcrete.

8) Angkur dan Skur

Jika ruang yang tersedia sangat terbatas maka perkuatan dapat menggunakan system angkur dan skur, cara ini dipandang sangat sederhana dan praktis.

III. TEROWONGAN PADA TANAH LUNAK

A. Metode Pelaksanaan Terowongan pada Tanah Lunak

Pengertian tanah lunak adalah material yang dapat digali secara manual. Material ini pada umumnya tidak dapat menahan berat sendiri dalam jangka waktu yang panjang. Dalam teknologi terowongan, tanah dimasukan dalam kategori soft ground.

Tanah yang kokoh dapat memberikan kondisi yang menguntungkan karena atap terowongan dapat dibiarkan tanpa disokong untuk beberapa waktu. Sebaliknya kondisi tanah yang lembek tidak mengunntungkan karena mudah runtuh atau bergerak menutup lubang galian.

Tingkat kesulitan dan biaya pelaksanaan terowongan pada tanah amat ditentukan oleh stand-up time dan posisi muka air tanah. Di atas muka air tanah, stand-up time ditentukan oleh kuat geser dan kuat tarik material, sedang dibawah muka air tanah, stand-up time ditentukan oleh nilai permeabilitasnya. Terzahi membedakan tanah dengan : Firm Ground, Ravelling Ground, Running Ground, Flowing Ground, Squezzing Ground, Swelling Ground.

Pada kondisi tanah yang buruk, dapat terjadi squeezing atau penciutan lubang galian, raveling yaitu tanah atau batuan yang rontok secara bertahap, running yaitu keruntuhan massa tanah atau batuan, dan flowing atau tanah mengalir (karena muka air tanah tingggi dan air cenderung membawa material tanah mengalir ke lubang galian terowongan). Secara garis besar ada dua metode yang applicable untuk tanah lunak yaitu metode gali timbun (cut and cover) dan metode shield tunneling.

B. Tunnel Boring Machine (TBM)

Sebuah Tunnel Boring Machine (TBM) adalah suatu system yang tidak dapat berdiri sendiri- sendiri. TBM yang lengkap bisa mencapai panjang 300 meter yang terdiri dari alat pemotong, alat penggali, system kemudi, gripping, pengebor, pengontrol, dan penyokong tanah, pemasang lining, alat pemindah material, system ventilasi serta sumber tenaga. Sedangkan pekerjaan rel, pembangkit tenaga dan saluran ventilasi dikerjakan pada bagian belakang TBM merupakan pekerjaan pendukung.

C. Konstruksi Lining

Beban yang dipikul oleh system penahan (supporting system) tergantung pada kondisi tanah saat pemasangannya. Jika tanah telah mencapai keseimbangan, maka lining tidak menahan beban yang berarti dan kondisi sebaliknya akan terjadi jika saat pemasangan kondisi tanah masih belum seimbang (labil).

Lining terowongan dapat sebagai suatu system pendukung yang bersifat temporer atau permanen. Kita dapat menentukan hal ini dengan melakukan perhitungan- perhitungan atau evaluasi terhadap apa yang dimungkinkan bisa terjadi selama waktu pelaksanaan dan selanjutnya melakukan penyelidikan untuk menentukan bagaimana hal tersebut bisa terjadi.

Persyarakan pokok untuk lining yang bersifat permanen adalah kekuatan, stabilitas, ketahanan, pengendalian rembesan dan deformasi sepanjang umur terowongan. Dua kriteria yang menentukan keberhasilan pelaksanaan terowongan pada tanah adalah kemampuan lining untuk menahan beban dan deformasi dan penurunan tanah permukaan akibat pengggalian.

D. Masalah pada Pelaksanaan Terowongan pada Tanah Lunak

Penurunan tanah dipermukaan adalah akibat deformasi yang disekitar galian dan tergantung cara pelaksanaan, kecepatan penggalian dan tegangan awal pada tanah (Peck, 1969).

Secara umum ada lima tahapan deformasi dalam penggunaan metode shield tunneling yaitu :

1. Penurunan awal

Yaitu penurunan yang terjadi akibat penurunan muka air tanah akibat proses dewatering selama pelaksanaan, biasa terjadi pada tanah pasir.

2. Deformasi tanah pada bagian muka galian.

Deformasi ini akan terjadi seketika karena ketidak seimbangan tegangan antara penyokong terowongan dengan tanah atau air tanah pada bagian muka terowongan.

3. Penurunan di atas posisi shield bekerja

Penurunan terjadi jika rongga galian besar dan akibat problem control alignment shield.

4. Penurunan setelah konstruksi rongga terbentuk, yaitu karena adanya ronggga antara dimensi galian tanah dan posisi lining (tail void).

5. Penurunan jangka panjang yang terjadi akibat peningkatan air pori sehubungan gerakan shield mendorong tanah.

Beberapa potensi masalah pada konstruksi terowongan diantaranya:

• Penurunan dipermukaan tanah akibat adanya galian terowongan.

• Masalah dewatering.

• Keruntuhan di muka terowongan waktu penggalian.

• Pergerakan dari struktur di bawah tanah.

• Bocoran pada lining.

Beberapa metode perbaikan tanah yang serig digunakan dalam pekerjaan terowongan antara lain : pengendalian air tanah dengan dewatering, penggunaan udara bertekanan (compressed air), dan grouting.

IV. TEROWONGAN PADA BATUAN

A. Pendahuluan

Geologi adalah factor terpenting dalam menentukan jenis, bentuk dan biaya terowongan, pelaksanaan terowongan akan menemui tingkat ketidak pastian yang tinggi jika data kondisi batuan atau tanah disekitar terowongan tidak lengkap.

Sebelum pelaksanaan terowongan, pada umumnya akan dilakukan penyelidikan geologi teknik menggunakan metode pemboran, insitu testing, adits maupun pilot tunnel. Adits untuk ekplorasi umumnya tidak dilakukan kecuali suatu bagian terowongan dianggap berbahaya. Pada pemboran inti, core sampel harus selalu disimpan untuk membantu jika ditemui masalah geoteknik saat pelaksanaan.

Pilot tunnel adalah cara terbaik untuk menyelidiki lokasi terowongan dan harus digunakan bila terowongan berukuran besar akan dilaksanakan pada jalur yang mempunyai kondisi geologi yang kritis. Degan membuat pilot tunnel maka berbagai masalah yang akan ditemui pada pelaksanaan penggalian pada skala yang lebih besar dapat diantisipasi sedini mungkin.

Syarat utama untuk konstruksi suatu terowongan adalah :

1) Dapat dilaksanakan dengan aman.

2) Pelaksanaan tidak mengakibatkan kerusakan yang tidak dikehendaki pada bangunan penting lainnya.

3) Konstruksi terowongan harus minim pemeliharaan.

4) Dalam jangka panjang harus dapat menahan segala gaya yang bekerja , terutama tekanan tanah dan aair tanah.

B. Kondisi Batuan

1) Terowongan pada Massa Batuan

Batuan kompeten adalah batuan intact yang keras sehingga tidak memerlukan supporting namun kekerasannya harus menjadi pertimbangan dalam pelaksanaannya. Sedangkan batuan tidak kompeten memiliki sifat diskontinu berupa adanya joint, fault, zona fracture, sesar/ kekar, bidang foliasi, dll. Batuan ini dapat bervariasi, mulai batuan lunak hingga keras tergantung jenis mineral dan derajat pelapukannya.

2) Klasifikasi Massa Batuan

Berbeda dengan tanah dimana sifat- sifat lapisan tanah dapat dicerminkan oleh sampel tanah yang diuji di laboratorium. Pada batuan sifat batuan intact yang diperoleh dari pemeriksaan laboratorium ini tidak bisa mencerminkan sifat masa batuan yang ada karena keberadaan joint. Maka umumnya kemudian digunakan klasifikasi geomekanikatau Rock Mass Rating yang menggunakan enam parameter yang diperoleh dari pengukuran dilapangan dan laboratorium meliputi:

• Kekuatan tekanan uniaksial dari batuan utuh (uniaxial compressive streght of intact rock material).

• Rock Quality Designation (RQD).

• Jarak Diskontinuitas.

• Kondisi Diskontinuitas.

• Keadaan air tanah.

• Arah dari Diskontinuitas.

C. Masalah pada Pelaksanaan Terowongan pada Batuan

Jalur Terowongan yang melewatri Zona Patahan atau sesar aktif dapat membahayakan apabila elevasi terowongan dibawah muka air. Arah sesar terhadap sumbu terowongan harus dipertimbangkan dengan seksama.

Untuk menentukan efek joint pada konstruksi terowongan, Bieniawski (1974) mengelompokan massa batuan menjadi lima kelompok untuk mengetahui metode yang cocok digunakan untuk pelaksanaan. Material batuan dengan banyak joint dapat digali dengan menggunakan ripper.

Bidang permukaan joint yang lebar sering dijumpai dalam pelaksanaan terowongan. Jika arahnya sejajar atau hampir sejajar dengan as terowongan maka dapat menimbulkan masalah besar dalam pelaksanaannya.

Jangka waktu dimana masa batuan masih dalam kondisi stabil tanpa perlu sokongan disebut dengan Stand-Up Time atau bridging capacity. Stand-up time ini tergantung dari lebar bukaan, kekuatan batuan dan pola diskotinuitas. Bila Stand-up time rendah berarti segera setelah dilakukan pembukaan/ penggalian harus segera dilakukan proteksi atau supporting terhadap massa batuan yang ada.

Penciutan pada lubang terowongan yang digali dapat terjadi sebagai akibat perubahan kondisi tegangan, munculnya tegangan geser sesar dan adanya lapisan lempung ekspansif.

Masalah serius yang terjadi pada saat penggalian terowongan adalah adanya aliran air yang bersifat tiba- tiba dalam jumlah besar. Kondisi air tanah adalah factor penyebab utamanya. Untuk terowongan yang berada dibawah sungai atau laut, maka bocoran harus sama sekali dihindarkan, karena jumlah air yang dapat memasuki lubang terowongan akan sulit terkontrol. Pada terowongan sipil yang biasanya dangkal maka temperature tidak terlalu berpengaruh pada pelaksanaannya namun demikian biasanya hal tersebut dapat diantisipasi sepenuhnya dengan membuat sebuah ventilating system yang baik, hal ini juga sangat berguna untuk mengantisipasi adanya gas- gas berbahaya yang timbul dari massa batuan yang ada.

Getaran gempa adalah factor penting yang harus diperhitungkan dalam perencanaan lining dan supporting system. Pengaruh gempa biasanya relative lebih kecil dibandingkan pada struktur yang terdapat diatas permukaan tanah.

D. Metode Pelaksanaan Terowongan pada Batuan

Metode galian secara manual dilakukan bila kondisi batuan relative lunak, proteksi dilakukan secara konvensional dengan memasang penyokong disekeliling terowongan.

Metode galian dengan peledakan diawali dengan pemboran untuk penempatan bahan peledak. Peledakan dapat dilakuakn secara full face atau secara bertahap sesuai kondisi batuan dan peralatan yang tersedia. Metode blasting ini disamping cepat namun berdampak negatif karena dapat merusak struktur batuan disekelilingnya, sehingga perlu dilakukan sokongan yang lebih baik. Jenis- jenis supporting system yang bisa digunakan adalah dengan pemasangan steel rib, rock bolt, shotcrete dan wire mesh. Penyokong ini harus terpasang sebelum lining yang permanen dilaksanakan.

Metode terkini dalam penggalian terowongan pada kondisi batuan adalah dengan menggunakan Tunnel Boring Machine (TBM), namun sistim ini menjadi terlalu mahal untuk sebuah terowongan yang pendek.

V. TEKNOLOGI TUNNEL BORING MACHINE (TBM)

Pemilihan metode tunneling dipengaruhi oleh beberapa factor, diantaranya termasuk:

1. Kondisi Tanah, ini merupakan factor utama yang tidak hanya mempengaruhi metode yang dipilih tetapi juga menjadi pembatas utama bagi metode-metode tertentu.

(a) Tanah Lunak: clay, gravel, sand, weathered rock

(b) Batu: batu dengan rentang kekuatan dari yang relative lunak seperti batuan sediment dengan UCS (unconfined compression strength) 10-40 MPa sampai dengan batuan igneous kuat dengan UCS 150-300 MPa.

(c) Mixed face: tunneling pada lapisan bedrock sering menghadapi bagian atas tunnel face berupa tanah atau heavily weathered rock sementara bagian bawah berupa batu.

2. Ukuran Tunnel, microtunnel dengan diameter kurang dari 0,9 m sampai dengan full face TBM (tunnel boring machine) dengan diameter sampai atau lebih dari 12 m semuanya membutuhkan perhatian dan penyelidikan yang komprehensif terhadap kondisi tanah. Meningkatnya diameter tunnel menyebabkan perubahan yang signifikan terhadap problem-probem khusus dalam tunneling.

3. Aspek Lingkungan, pengoperaisan peledakan maupun drill mungkin tidak dapat dilakukan didaerah perkotaan, perubahan muka air tanah dan perubahan pola drainase akibat aktivitas pekerjaan tunneling dapat mempengaruhi permukaan tanah.

4. Variabel Lokal, ketersediaan tenaga kerja yang menguasai tunneling, lokasi phisik lapangan, kondisi infrastruktur setempat adalah factor-faktor yang juga turut mempangaruhi pemelihan metode

Pada tulisan ini hanya akan dibahas metode tunneling yang menggunakan alat Tunnel Boring Machine (TBM) yang disesuaikan dengan kondisi tanah.

A. TBM untuk Tanah Lunak

1. Open Shield

Struktur dasar dari open shield terdiri dari tiga bagian yaitu, shield body, shield tail, dan cutting edge. Bentuk shield dibuat sama dengan dengan bentuk potongan tunnel, meskipun dimensinya agak sedikit lebih besar dari yang terakhir. Bentuk paling umum tunnel yang dibuat dengan TBM adalah sirkular, sehingga menyebabkan adanya tendensi rolling ketika maju.

Shield body. Bagian ini berupa shell baja yang diperkuat dengan rib dan bracing. Di bagian ini ditempatkan beberapa peralatan seperti hydraulic rams dan peralatan pompa hidrolik untuk mendorong shield maju ke depan. Panjang tipikal dari shield body ini sekitar 2 m, tergantung dari ukuran diameter galian.

Shield tail. Bagian ini terletak di belakang shield body, dan berfungsi sebagai penyedia ruangan untuk lining segments (precast lining) yang akan dipasang selama proses pemasangan lining berlangsung. Lebar tail umumnya sekitar satu setengah kali lebar unit lining. Biasanya antara lining dan tail terdapat celah sebesar 25 mm untuk melakukan koreksi alinemen.

Cutting edge. Shield bagian ini merupakan ujung terdepan yang membutuhkan perkuatan dengan plat baja. Seringkali bagian ini juga dilapis dengan material abrasion-resistant ketika menghadapi tanah keras.

Compressed-air sering digunakan ketika tunneling dilakukan di bawah muka air tanah di tanah pasir, disamping cara lain seperti menurunkan muka air tanah, grouting, dan freezing. Kebutuhan seperti ini menyebabkan dibuatnya alat TBM yang mampu melakukan tunneling untuk tanah non-cohesive baik di atas maupun di bawah m.a.t tanpa membutuhkan compressed air, yaitu dengan menggunakan bentonite shield.

2. Slurry Shield

Prinsip dasar dari metode operasi slurry shield adalah dengan meng-injeksikan slurry mixture bertekanan kedalam ruang yang menutupi working face. Akibatnya, tanah yang berada di depan tunnel face terpenetrasi dengan slurry dan menjadi cukup padat (efek filter cake) sehingga dapat dipotong oleh cutter head. Potongan material akan terkumpul di bagian bawah yang kemudian dipompa keluar. Bentonite akan dimasukkan kembali ke bagian face setelah dipisahkan dari partikel-partikel tanah.

3. Earth Pressure Balance (EPB) Shield

Shield bentuk ini digunakan pada tanah lunak di bawah m.a.t tanpa menggunakan slurry. Sebuah cutter head yang berputar dan dilengkapi dengan drag pick membentuk bagian depan dari shield machine tipe ini. Material yang telah digali akan terkumpul dalam ruang khusus di belakang cutter head dan membentuk sebuah plug yang memberikan daya dukung ke bagian face dan mengontrol pengaruh air tanah terhadap stabilitas tunnel face.

Debris yang terkompresi dikeluarkan menggunakan screw conveyor dan dimasukkan ke dalam system pembuangan. Dengan pengoperasian yang tidak membutuhkan slurry maupun air, maka pembuangan debris dapat dilakukan dengan mudah dan relative bersih.

B. TBM untuk Hard Rock

Prinsip dasar operasi penggalian dengan TBM adalah penggunaan cutting head yang dilengkapi dengan cutters yang sesuai di bagian tunnel face. Cutting head diputar dengan kecepatan konstan dan dorongan ke tunnel face yang dilakukan oleh system pendorong hidrolik yang dijangkarkan ke sisi-sisi tunnel dengan hydraulic rams.

C. Cutters

Bagian terpenting yang berfungsi untuk memotong tanah atau batu yang ditempatkan pada bagian cutting head adalah cutters. Berbagai tipe cutters digunakan dan dipilih sesuai dengan kondisi tanah setempat. Beberapa macam cutters beserta fungsinya, yaitu:

1. Drag cutters (picks)

Digunakan untuk tunneling di tanah lunak, tersedia dalam berbagai ukuran dan bentuk. Cara kerjanya adalah dengan memotong dalam gumpalan besar tanah sehingga memungkinkan penggalian tanah lunak dan plastis dilakukan secara efisien. Untuk penggalian batu drag cutter akan mudah aus bahkan rusak jika menghadapi batuan massif.

2. Disc cutter

Disc cutter digunakan untuk memecahkan batu dengan cara rolling dan menekan disc yang dipasang pada cutter head ke permukaan tunnel. Cutters tersebut dipasang pada heavy capacity bearing. Konfigurasi disc ini dapat berbentuk single, double, triple, atau multi disc. Prinsip kerjanya adalah dengan membentuk groove pada batuan disamping juga memberikan gaya geser untuk mematahkan puncak groove yang tersisa. Batuan dengan nilai UCS sampai dengan 175 MPa dapat dipotong dengan disc tipe ini. Batu dengan high abrasive akan menimbulkan kesulitan jika menggunakan disc tipe ini, sehingga aplikasinya terbatas pada batu dengan UCS yang lebih rendah. Pemasangan tungsten carbide disekeliling disc dapat meningkatkat aplikasinya pada batuan yang lebih keras.

3. Roller cutter

Ada dua tipe roller cutter: milled-tooth dan tungsten carbide insert. Milled-tooth menyebabkan pecahnya batuan akibat penetrasi lokal, hasilnya berupa serpihan batuan disekitar cutter dengan keruntuhan kombinasi gaya geser dan tarik. Tungsten carbide insert digunakan khusus jika karakter abrasive batuan diluar kemampuan milled-tooth cutter. Galian batu dengan tungsten carbide insert roller cutter menyebabkan disintegrasi batuan dengan cara grinding dan pulverizing. Meskipun kecepatan penetrasinya relative lambat karena diproduksinya butiran halus dalam jumlah besar, dan harga cutters yang sangat mahal, cutter jenis ini mungkin merupakan tipe yang paling mungkin berhasil jika menghadapi batuan paling kuat yang mungkin ditemui saat penggunaan tunneling machine.

G. Konfigurasi Cutting Head

Pada kondisi tanah lunak, umumnya drag cutters digunakan pada seluruh permukaan cutting head face, tetapi pada kondisi batu berbagai kombinasi tipe cutter dan layout digunakan. Konfigurasi cutting head TBM terdiri dari tiga zone yang berbeda, yaitu bagian centre, face, dan outside edge.

Centre cutters. Bagian pusat membutuhkan serangkaian cutter untuk menghasilkan galian dengan cepat dan efektif pada kondisi kecepatan pemotongan yang relative rendah. Beberapa desian cutting head menggunakan cutters yang disusun dalam bentuk tricone untuk memecah batuan. Jika hanya menggantungkan galian batuan dengan cara grinding dan pulverizing pada posisi kunci ini, maka akan menyebabkan lambatnya pergerakan maju dari tunneling.

Face cutters. Main face area umumnya digali dengan disc atau roller, tegantung kekerasan batuan. Dalam beberapa situasi seperti pada batuan yang lebih lunak juga digunakan drag cutter.

Gauge cutter. Bagian ini terletak di ujung luar dari cutting head, dan bertujuan untuk membuat bukaan sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan. Gauge cutter umumnya dari tipe disc atau roller yang ditingkatkan kekuatannya agar mampu menahan aus lebih lama.