Faktor Geologi Utama yang Mempengaruhi Efisiensi Penggalian TBM

Kekuatan tekan uniaxial (UCS) batuan adalah indikator kunci untuk mengevaluasi kesesuaian Tunnel Boring Machines (TBM) dan memprediksi efisiensi penggalian, meskipun bukan satu-satunya faktor penentu.

Dalam proyek terowongan TBM, investigasi geologi yang komprehensif sangat penting. Hal ini menjadi dasar untuk pemilihan dan desain peralatan yang ilmiah. Selain itu, fase konstruksi harus didukung oleh sistem probing lanjutan yang kuat dan strategi respons yang fleksibel untuk pada akhirnya memastikan kemajuan TBM yang aman dan efisien.

Kekuatan tekan unaksial batuan adalah salah satu faktor geologis kritis yang menentukan efisiensi penggerak TBM. Umumnya, TBM mencapai kinerja optimal pada batuan keras dengan UCS berkisar antara 30 hingga 150 MPa. Ketika kekuatan batuan melebihi 150 MPa dan massa batuan utuh dengan sambungan yang kurang berkembang, terjadi penurunan signifikan pada laju penetrasi, disertai serangkaian masalah: keausan pahat yang diperparah, getaran kepala pahat yang abnormal, keausan yang dipercepat, dan bahkan retakan pada sambungan las. Kondisi ini secara substansial meningkatkan waktu henti untuk penggantian pahat dan perawatan peralatan. Akibatnya, dampak faktor ini harus dipertimbangkan sepenuhnya selama penjadwalan proyek.

Tingkat perkembangan diskontinuitas dalam massa batuan (termasuk rekahan, perlapisan, foliasi, sesar minor, dll.), yaitu tingkat fragmentasi atau integritas massa batuan, merupakan faktor geologis penting lainnya yang memengaruhi efisiensi penggerudian TBM. Bahkan jika batuan memiliki UCS, kekerasan, dan abrasivitas yang serupa, laju penetrasi (kedalaman pemotongan per putaran) dan laju penggerudian bersih TBM dapat bervariasi secara signifikan jika tingkat perkembangan diskontinuitas berbeda.

Parameter seperti Koefisien Integritas Massa Batuan (Kv), Jumlah Rekahan Volumetrik (Jv), atau Rock Quality Designation (RQD) umumnya digunakan untuk mengukur perkembangan diskontinuitas. Secara umum, laju penggerudian bersih yang lebih tinggi dicapai pada massa batuan dengan integritas yang baik dan diskontinuitas yang relatif rapat, karena diskontinuitas sedang memfasilitasi pemecahan batuan dan mengurangi resistensi pemotongan.

Namun, situasinya berbalik ketika massa batuan sangat terfractur (misalnya, kepadatan kekar yang sangat tinggi menghasilkan nilai Kv di bawah 0,25). Dalam kasus seperti itu, massa batuan menjadi pecah atau bahkan lepas, kekuatan keseluruhannya menurun drastis, dan tidak memiliki kapasitas penopang diri. Meskipun pemotong TBM dapat mencapai penetrasi yang lebih besar (yaitu, pemotongan yang lebih mudah) di batuan yang terfractur, tanah di sekitarnya yang sangat tidak stabil rentan terhadap keruntuhan atau deformasi konvergensi. Hal ini memerlukan investasi waktu yang signifikan untuk tindakan penopang sementara (misalnya, memasang lengkungan baja, penyemprotan beton, penguatan batuan) untuk memastikan keselamatan konstruksi dan stabilitas dinding terowongan. Operasi penopang tambahan ini secara signifikan mengonsumsi waktu kemajuan, yang pada akhirnya menyebabkan penurunan laju kemajuan bersih TBM di bagian-bagian ini. Oleh karena itu, diskontinuitas yang berkembang secara berlebihan, meskipun mengurangi kekuatan batuan yang utuh, menjadi kendala bagi kemajuan TBM yang efisien karena meningkatnya permintaan penopang secara dramatis.

Kekerasan batuan merupakan faktor krusial yang menentukan tingkat keausannya. Umumnya, semakin tinggi kekerasan batuan, semakin besar tingkat keausannya, yang secara langsung mempercepat keausan mata bor TBM (Tunnel Boring Machine). Hal ini mengakibatkan konsumsi mata bor yang lebih cepat, tidak hanya meningkatkan biaya konstruksi tetapi juga menyebabkan waktu henti yang lebih sering untuk penggantian mata bor, sehingga mengurangi laju kemajuan secara keseluruhan.

Keausan batuan sangat dipengaruhi oleh komposisi mineralnya, terutama kandungan dan ukuran partikel mineral keras seperti kuarsa. Kandungan yang lebih tinggi dan ukuran partikel yang lebih besar dari bahan abrasif ini akan meningkatkan keausan pahat.

Untuk mengevaluasi potensi keausan batuan secara objektif, Uji Keausan CERCHAR diadopsi secara internasional untuk menentukan Indeks Keausan Cerchar (CAI). Nilai CAI telah menjadi indikator penting untuk mengukur keausan batuan dan memprediksi dampaknya terhadap keausan pahat dan efisiensi penggerak TBM.

Ketika sudut antara jurus ketidaksinambungan utama dalam massa batuan (misalnya, kekar, lapisan) dan sumbu terowongan kurang dari 45°, dikombinasikan dengan sudut kemiringan yang landai (di bawah 30°), blok berbentuk baji yang tidak stabil cenderung terbentuk di batuan sekitar di atas bahu terowongan dan di area mahkota. Kombinasi struktural yang tidak menguntungkan ini membuat baji-baji ini sangat rentan terhadap kelonggaran, jatuhan, atau bahkan keruntuhan skala besar, yang tidak hanya sangat mengganggu operasi TBM normal dan mengurangi efisiensi, tetapi juga menimbulkan ancaman langsung terhadap keselamatan peralatan dan personel.

Perlu dicatat bahwa sudut antara 50-70 derajat antara diskontinuitas utama dan sumbu terowongan umumnya paling kondusif untuk mencapai laju kemajuan yang lebih tinggi.

Oleh karena itu, survei pra-konstruksi yang akurat terhadap orientasi diskontinuitas massa batuan sangat penting untuk memprediksi dan mencegah risiko tersebut, memastikan konstruksi TBM yang aman dan efisien.