Mesin Bor Terowongan Raksasa yang Membangun Jalan Tol Bawah Laut Hong Kong

Membangun Jalan di Bawah Laut

Pada 27 Desember 2020, Hong Kong membuka jalur penghubung jenis baru. Tuen Mun–Chek Lap Kok Link Northern Connection menembus dasar laut untuk menghubungkan New Territories bagian barat laut dengan Bandara Internasional Hong Kong dan Jembatan Hong Kong–Zhuhai–Makau. Di jantung proyek itu berdiri Herrenknecht Mixshield S-880, mesin bor terowongan bernama Qin Liangyu. Dengan diameter perisai 17,63 meter, mesin ini masih memegang gelar Guinness World Records untuk mesin bor terowongan dengan diameter perisai terbesar. Panjangnya melebihi lapangan sepak bola, bobotnya lebih berat daripada kebanyakan kapal, dan mesin ini dirancang untuk bekerja di bawah tekanan yang akan menghancurkan peralatan biasa. Terowongan yang digalinya kini menjadi terowongan jalan bawah laut terdalam, terpanjang, dan terlebar di Hong Kong, sebagai bagian dari rute sepanjang 9 kilometer dengan biaya sekitar HK$18,2 miliar, atau kira-kira US$2,3 miliar.

Proyek ini bukan sekadar upaya memecahkan rekor. Proyek ini menjawab kebutuhan kota akan konektivitas yang lebih baik antara darat, laut, dan udara. Terowongan bawah laut dua tabung dengan panjang total sekitar 5 kilometer harus dibangun di bawah jalur pelayaran, lapisan lumpur dasar laut yang lunak, serta ekosistem pesisir yang sensitif. Membangun terowongan semacam itu dengan metode lama akan membutuhkan pengerukan besar-besaran, mengganggu lalu lintas laut, dan memicu konflik lingkungan selama bertahun-tahun. Solusinya adalah satu mesin buatan Jerman yang dapat menggali, menstabilkan, dan melapisi terowongan sambil terus bergerak maju.

Mengapa Mesin Ini Harus Berukuran Begitu Besar

Keputusan menggunakan perisai berdiameter 17,63 meter ditentukan oleh kondisi tanah, bukan semata-mata ambisi rekayasa. Di antara Tuen Mun dan Chek Lap Kok, dasar laut menyimpan endapan laut dan lempung aluvial setebal hingga 30 meter. Tanah ini sangat lunak dan jenuh air sehingga penggalian terowongan menjadi tidak stabil. Di sejumlah tempat, batuan dasar berada sekitar 90 meter di bawah permukaan laut. Mesin bor terowongan konvensional akan kesulitan menghadapi rembesan air dan tanah yang longsor. Proyek ini membutuhkan desain Mixshield, jenis mesin yang dapat menyeimbangkan tekanan di muka galian dengan campuran lumpur dan udara bertekanan yang dikendalikan.

Ukuran mesin juga ditentukan oleh kebutuhan lalu lintas. Terowongan yang direncanakan memerlukan diameter dalam 15,6 meter untuk menampung dua lajur jalan raya di setiap arah, ditambah ruang keselamatan, saluran ventilasi, sistem kelistrikan, dan akses pemeliharaan. Karena mesin bor terowongan memasang segmen pelapis beton pracetak saat bergerak maju, diameter luar terowongan harus lebih besar daripada diameter dalamnya. Setelah ketebalan cincin pelapis, kulit ekor, dan kepala pemotong diperhitungkan, diameter perisai yang dibutuhkan menjadi 17,63 meter. Ukurannya kira-kira setara tinggi gedung enam lantai yang berputar di bawah tanah. Qin Liangyu dibuat dengan ukuran yang tepat untuk geometri ini.

Bagaimana Mixshield Menahan Tekanan Dasar Laut

Mesin bor terowongan sering digambarkan sebagai bor raksasa, tetapi S-880 lebih menyerupai pabrik kapal selam yang bergerak. Di bagian depan, kepala pemotong berputar mengikis tanah dan batuan dari muka terowongan. Di belakang kepala pemotong, terdapat ruang galian berisi lumpur bentonit, cairan kental menyerupai lempung, serta bantalan udara bertekanan. Lumpur itu menekan muka terowongan dan mencegah air laut serta lumpur menerobos masuk ke mesin. Udara bertekanan di atas lumpur memungkinkan operator mengendalikan tekanan dengan cermat. Saat kepala pemotong bergerak maju, material galian bercampur dengan lumpur dan dipompa melalui pipa menuju instalasi pemisahan di permukaan. Di sana, mesin memisahkan partikel tanah dan mengalirkan kembali bentonit bersih ke bawah tanah.

Sementara bagian depan mesin menahan tanah, bagian belakangnya memasang pelapis terowongan. Perangkat pemasang segmen robotik mengangkat segmen beton melengkung menjadi cincin yang membentuk dinding terowongan. Setiap cincin menopang tanah di sekelilingnya dan membentuk silinder halus yang kelak menampung jalan, lampu, dan ventilasi. Proses ini mengharuskan semua sistem bekerja serempak: tekanan, pemompaan, komposisi lumpur, daya dorong hidraulis, pengiriman segmen, dan survei. Jika satu bagian melambat, seluruh operasi terhenti. Pendekatan terpadu ini mengubah satu mesin menjadi lini produksi lengkap.

Tekanan Ekstrem Bekerja di Bawah Laut

Tekanan hidrostatik di muka galian mencapai 5 bar, setara dengan lima kali tekanan atmosfer di permukaan laut. Tekanan itu sama dengan yang dirasakan penyelam pada kedalaman sekitar 50 meter. Laporan resmi dari Hong Kong Government News Service menggambarkan kondisi tersebut sebagai berikut:

Bagian terdalam Terowongan Tuen Mun-Chek Lap Kok berada sekitar 60 meter di bawah permukaan laut, dan para pekerja spesialis hiperbarik menghadapi tekanan yang hampir enam kali lebih besar daripada di permukaan.

Untuk menjaga keselamatan pekerja sekaligus mempertahankan tekanan di muka pemotong, S-880 menggunakan ruang kedap udara. Kompartemen tertutup ini memungkinkan personel berpindah secara bertahap dari tekanan atmosfer normal ke ruang galian bertekanan. Pemeliharaan alat pemotong, inspeksi, dan perbaikan mengharuskan pekerja terlatih memasuki zona bertekanan, mengikuti protokol medis hiperbarik yang ketat, dan menjalani dekompresi secara perlahan untuk menghindari penyakit dekompresi. Waktu paparan dibatasi dan pekerjaan harus diawasi secara medis. Kondisi ini membuat pemeliharaan terowongan biasa berubah menjadi operasi layaknya penyelaman.

Mengubah Ukuran Tanpa Kembali ke Permukaan

Bagian paling tidak biasa dari proyek ini terjadi setelah penggalian sepanjang 650 meter pertama. Struktur pendekat di utara membutuhkan terowongan berdiameter 17,6 meter, sehingga Qin Liangyu memulai penggalian dengan ukuran penuh. Setelah bagian transisi itu, sisa rute bawah laut dapat dibangun dengan diameter 14 meter. Alih-alih mengangkat mesin ke permukaan dan meluncurkan mesin bor kedua, para insinyur mengubah S-880 di dalam terowongan. Bagian luar perisai berdiameter 17,6 meter dilepas, sistem internal dikonfigurasi ulang, dan perisai baru berdiameter 14 meter dipasang saat mesin tetap berada di bawah dasar laut.

Pengurangan ukuran perisai di dalam terowongan seperti ini sangat jarang dilakukan. Operasi tersebut harus berlangsung di bawah tekanan laut, dengan ruang terbatas dan tanpa akses langsung ke siang hari. Setelah konversi selesai, mesin yang sama melanjutkan penggalian sisa terowongan, bekerja bersama mesin Herrenknecht kedua berdiameter 14 meter. Kedua mesin menembus hingga bertemu pada 27 Februari 2019. Bagian berdiameter 17,63 meter digali antara 25 Maret dan 3 November 2015, sebelum konversi dilakukan. Proses ini didokumentasikan sebagai kemajuan yang dapat diterapkan pada proyek mendatang yang membutuhkan diameter terowongan berbeda dalam satu rangkaian penggalian.

Inovasi pada Terowongan Penghubung

Terowongan jalan dengan dua tabung biasanya membutuhkan terowongan penghubung, yakni koridor kecil yang memungkinkan evakuasi dan pemeliharaan di antara dua terowongan utama. Tuen Mun–Chek Lap Kok Link membutuhkan 57 terowongan penghubung ini, dan tekanan di lokasinya mencapai 5,8 bar, melampaui ambang 3,6 bar saat Herrenknecht merekomendasikan penggunaan penyelam profesional untuk pekerjaan di ruang bertekanan. Metode konvensional yang digunakan di sejumlah terowongan bawah laut adalah pembekuan tanah, yakni teknik menstabilkan tanah dengan membekukan air di dalamnya. Teknik itu akan lambat dan berisiko di tanah liat dasar laut yang lunak dan jenuh air.

Tim proyek memilih menggunakan mesin bor terowongan mini dengan sistem lumpur berdiameter 3,6 meter, yang menjadi yang pertama di dunia untuk membangun terowongan penghubung dalam tekanan setinggi itu. Mesin kecil tersebut menggali menembus dinding di antara dua tabung utama, sementara sistem lumpur di sekelilingnya menjaga tekanan tetap terkendali. Solusi ini meniadakan kebutuhan pembekuan tanah, memangkas waktu konstruksi, dan membatasi risiko di lingkungan kerja berbahaya yang memadukan air laut, tanah liat lunak, dan tekanan ekstrem.

Kecepatan, Penghargaan, dan Manfaat Lingkungan

Meski rumit, S-880 bergerak cepat. Kecepatan penggalian harian maksimumnya mencapai 30 meter, sedangkan rekor mingguan mencapai 167,2 meter. Angka-angka itu mencerminkan bukan hanya kekuatan mekanis, melainkan juga koordinasi logistik yang dibutuhkan untuk memastikan pasokan segmen beton, bentonit, dan suku cadang terus mengalir ke mesin. American Society of Mechanical Engineers mencatat mesin ini memiliki daya keluaran 5.600 kilowatt dan mampu maju sekitar 30 meter per hari di tanah jenuh air dan batuan.

Proyek ini menerima ITA Tunnelling Award pada 2019 dari International Tunnelling and Underground Space Association, sebagai pengakuan atas inovasi teknis yang digunakan selama konstruksi. Solusi lain yang meraih penghargaan adalah sistem kistdam ulat yang digunakan pada struktur pendekat utara, sebagai alternatif dinding diafragma konvensional di tanah yang sangat lunak. Pertimbangan lingkungan juga sama pentingnya. Departemen Jalan Raya Hong Kong menulis dalam sebuah artikel teknis:

Penggunaan mesin bor terowongan alih-alih metode tabung terbenam tradisional mengurangi pengerukan dan pembuangan sekitar 11 juta meter kubik sedimen laut, kira-kira setara kapasitas 4.900 kolam renang standar, serta membantu meminimalkan dampak terhadap lumba-lumba putih Cina dan biota laut lainnya.

Catatan resmi yang sama menyebutkan bahwa metode ini mengurangi gangguan terhadap lalu lintas laut padat di sepanjang Urmston Road dan meniadakan kebutuhan untuk mengalihkan kabel listrik bawah laut yang sudah ada dan memasok bandara. Koneksi utara dibuka untuk lalu lintas pada 27 Desember 2020, sedangkan koneksi selatan sudah mulai dibuka pada 2018, menghubungkan rute ini dengan jaringan Jembatan Hong Kong–Zhuhai–Makau yang lebih luas.

Rekor yang Tetap Menandai Sebuah Era

S-880 Qin Liangyu kini bukan lagi mesin paling kuat dalam setiap kategori teknis. Dalam beberapa tahun terakhir, mesin bor terowongan baru dari Cina dan negara lain hadir dengan daya dorong lebih besar, otomasi lebih canggih, atau desain kepala pemotong berbeda. Namun, Guinness masih mengakui Qin Liangyu sebagai pemegang rekor diameter perisai, dan proyek yang diselesaikannya tetap luar biasa. Hanya sedikit mesin lain yang menggabungkan diameter sebesar itu, tekanan bawah laut sedalam itu, dan konversi perisai di dalam terowongan dalam satu rangkaian penggalian tanpa henti.

Mesin ini juga mencerminkan pergeseran yang lebih luas dalam cara kota-kota pesisir membangun infrastruktur. Seiring pelabuhan, bandara, dan kawasan metropolitan semakin padat, para perencana mencari rute baru di bawah tanah dan di bawah air. Mesin raksasa seperti S-880 memungkinkan pembangunan rute tersebut dengan gangguan permukaan, pengerukan, dan dampak ekologis yang lebih kecil dibandingkan metode lama. Biayanya tinggi, konsumsi energinya besar, dan pengerjaannya menuntut kemampuan teknis tinggi, tetapi mesin seperti ini menawarkan cara menambah kapasitas tanpa memperluas lokasi konstruksi di sepanjang garis pantai.

Qin Liangyu dinamai menurut seorang jenderal Cina dari Dinasti Ming yang lahir pada 1574 dan dikenal karena keberanian serta kesetiaannya. Nama itu mengikuti tradisi panjang di bidang rekayasa bawah tanah, yakni memberi nama perempuan kepada mesin bor terowongan besar. Kebiasaan tersebut telah berlangsung sejak abad ke-19. Dalam pengertian itu, mesin ini membawa sejarah dan masa depan ke dalam batuan di bawah Hong Kong.

Poin Utama

• Herrenknecht Mixshield S-880 Qin Liangyu memegang gelar Guinness World Records untuk mesin bor terowongan dengan diameter perisai terbesar, yakni 17,63 meter.
• Mesin ini menggali terowongan bawah laut dua tabung sepanjang 5 kilometer pada Tuen Mun–Chek Lap Kok Link, yang dibuka pada Desember 2020.
• Proyek ini menelan biaya sekitar HK$18,2 miliar dan kini menjadi terowongan jalan bawah laut terdalam, terpanjang, dan terlebar di Hong Kong.
• Teknologi Mixshield menggunakan lumpur bentonit dan udara bertekanan untuk mengendalikan tekanan di tanah dasar laut yang lunak dan jenuh air.
• Pekerjaan berlangsung pada tekanan hingga 5,8 bar, sehingga kru pemeliharaan harus mengikuti protokol hiperbarik dan menggunakan ruang kedap udara.
• Para insinyur mengubah mesin dari diameter 17,6 meter menjadi 14 meter di dalam terowongan, suatu pengurangan ukuran perisai yang jarang dilakukan.
• Mesin bor terowongan mini dengan sistem lumpur berdiameter 3,6 meter membangun 57 terowongan penghubung dalam tekanan tinggi, sebuah terobosan di industri.
• Proyek ini mengurangi pengerukan sekitar 11 juta meter kubik serta menekan dampak terhadap biota laut dan jalur pelayaran.