Welke eisen spelen een rol bij mantelbuizen onder wegen of spoor?

Welke eisen bepalen een mantelbuis onder een weg of spoor?

Belangrijk zijn belastingen, gronddekking, buissterkte, diameter, wanddikte, corrosiebescherming, aanlegmethode en de specifieke voorschriften van de weg- of spoorbeheerder.

Er bestaat geen universele standaardmaat voor een mantelbuis onder infrastructuur. Een stalen beschermbuis onder een gemeentelijke weg kan aan andere voorwaarden moeten voldoen dan een doorpersbuis onder een autosnelweg, emplacement, overweg of zwaarbelaste spoorbaan.

Wat is een mantelbuis onder infrastructuur?

Een mantelbuis is een beschermende buitenbuis rondom een kabel, kabelbuis, productleiding of mediumvoerende transportleiding. De mantelbuis vormt een fysieke scheiding tussen de binnenliggende leiding en de grond, wegfundering, spoorbaan of andere infrastructurele constructie.

In bestekken en technische documenten worden ook termen gebruikt als beschermbuis, omhullingsbuis, casing, casingbuis, doorvoerbuis, persbuis en doorpersbuis. Deze begrippen zijn niet altijd volledig uitwisselbaar. Een doorpersbuis verwijst vooral naar de installatiemethode: de buis wordt vanuit een perskuip door de grond gedrukt. Wanneer deze buis permanent een kabel of productleiding beschermt, functioneert zij ook als mantelbuis.

Een mantelbuis transporteert normaal gesproken zelf geen water, gas, warmte of andere stof. Dat gebeurt via de productleiding. Bij elektriciteitskabels, telecomkabels en glasvezel vormt de mantelbuis een beschermde kabeldoorvoer. Staal wordt vooral toegepast wanneer een hoge mechanische sterkte, grote diameter, goede lasbaarheid of weerstand tegen perskrachten nodig is.

Welke functies heeft een beschermbuis?

De technische functie moet vóór het ontwerp duidelijk zijn. Een eenvoudige kabelbeschermbuis wordt anders gedimensioneerd dan een stalen mantelbuis rond een hogedrukleiding onder een rijksweg of spoorbaan.

Een mantelbuis kan verschillende functies combineren:

• externe grond- en verkeersbelastingen opnemen of spreiden;
• de productleiding tegen zettingen en grondbeweging beschermen;
• mechanische beschadiging door graaf- of funderingswerk beperken;
• kabels en leidingen gecontroleerd door een kruising geleiden;
• contact tussen de leiding en de omringende bodem voorkomen;
• vervanging van de binnenleiding mogelijk maken;
• de gevolgen van lekkage of leidingbreuk beperken;
• ruimte bieden voor lekdetectie, drainage of een verklikkerleiding.

Of een productleiding daadwerkelijk vervangbaar is, hangt niet alleen af van de aanwezigheid van een mantelbuis. Ook de beschikbare ringruimte, bochten, koppelingen, treklengte, toegankelijkheid en ondersteuning moeten daarvoor geschikt zijn.

Is een mantelbuis onder een weg verplicht?

Onder een weg is een mantelbuis niet automatisch in iedere situatie verplicht. Eerst wordt constructief beoordeeld of de productleiding zelf bestand is tegen gronddruk, verkeersbelasting, grondwaterdruk, zettingen en uitvoeringsbelastingen.

Wanneer de leiding ter plaatse van de wegkruising onvoldoende sterk is of de gevolgen van beschadiging niet voldoende kunnen worden beheerst, kan een afzonderlijke beschermbuis als beheersmaatregel worden voorgeschreven. De mantelbuis moet dan de maatgevende externe belastingen kunnen opnemen.

Voor kabels en leidingen in het beperkingengebied van een rijksweg gelden technische regels voor onder meer boren, persen, afstanden, mantelbuizen en de ligging van een kruising. Provincies, gemeenten, waterschappen en private terreinbeheerders kunnen aanvullende eisen stellen via vergunningen, verordeningen, bestekken of beheerspecificaties.

Is een mantelbuis onder het spoor verplicht?

Voor spoorkruisingen gelden specifieke eisen aan beschermbuizen, boortechnieken, gronddekking, druklijnen, berekeningen en monitoring. De beschermbuis moet de binnenliggende kabel of leiding beschermen tegen mechanische en chemische invloeden en kan de gevolgen van een leidingbreuk voor het baanlichaam beperken.

Bij bepaalde zeer diep gelegen horizontaal gestuurde boringen kan een mediumvoerende leiding onder voorwaarden zonder afzonderlijke beschermbuis worden aangebracht. Dit is alleen mogelijk wanneer de gekozen oplossing binnen de geldende ProRail-richtlijnen, projectspecificaties en goedkeuringsprocedure past.

De richtlijn en normversie die contractueel of vergunningstechnisch voor het project zijn aangewezen, blijven maatgevend. Bij afwijkende situaties, risicovolle spoorobjecten of nieuwe aanlegtechnieken kan de spoorbeheerder aanvullende voorwaarden stellen.

Welke belastingen werken op een stalen mantelbuis?

Een stalen mantelbuis moet tijdens de installatie en gedurende de volledige gebruiksfase voldoende sterk, stabiel en vervormingsbestendig zijn. Bij lange persingen kan de uitvoeringsbelasting hoger zijn dan de latere verkeers- of spoorbelasting.

Permanente belastingen

Tot de permanente belastingen behoren onder meer:

• het eigen gewicht van de mantelbuis;
• verticale en horizontale gronddruk;
• uitwendige grondwaterdruk;
• het gewicht van de wegfundering;
• het gewicht van ballast, dwarsliggers en spoorstaven;
• het gewicht van de lege of gevulde productleiding.

Veranderlijke en tijdelijke belastingen

Veranderlijke belastingen ontstaan door personenauto’s, zwaar vrachtverkeer, mobiele werktuigen en passerende treinen. Voor spoorconstructies kan onder meer het belastingmodel LM 71 relevant zijn. Tijdens het aanbrengen ontstaan daarnaast trek-, druk-, buig- en wrijvingskrachten.

De constructieve berekening moet verschillende vervormings- en bezwijkmechanismen beoordelen:

• ovalisatie van de ronde buisdoorsnede;
• lokale deukvorming;
• plooi en lokale knik;
• globale instabiliteit;
• buiging door ongelijkmatige zetting;
• vermoeiing door wisselende belasting;
• uitknikken tijdens een persing;
• overbelasting van rondlassen;
• opdrijven door grondwater;
• beschadiging van de coating.

De ondersteuning van de grond rond de buis heeft grote invloed op het constructieve gedrag. Een mantelbuis kan daarom niet uitsluitend op basis van staalsoort, diameter of theoretische vloeigrens worden geselecteerd.

Hoe worden diameter en wanddikte bepaald?

De benodigde binnendiameter wordt afgestemd op de grootste buitendiameter van de productleiding, kabelbundel, koppeling of mof die door de mantelbuis moet worden gevoerd. Daarnaast is ruimte nodig voor centreerringen, glijsloffen, lasnaden, flenzen, trekogen en uitvoeringstoleranties.

De vrije ruimte tussen de productleiding en de binnenwand wordt de ringruimte of annulaire ruimte genoemd. Te weinig ringruimte vergroot de kans op vastlopen en coatingbeschadiging. Een onnodig ruime mantelbuis leidt tot een groter boorgat, meer grondverstoring en mogelijk hogere installatie- en grondbelastingen.

Bij stalen buizen wordt de maat meestal als buitendiameter × wanddikte weergegeven. Een buis van Ø 508,0 × 10,0 millimeter heeft een theoretische binnendiameter van ongeveer 488,0 millimeter. In het ontwerp moeten ook de toegestane diameter-, ovaliteits- en wanddiktetoleranties worden meegenomen.

Voor het bepalen van de wanddikte van een stalen mantelbuis zijn onder andere relevant:

• buitendiameter en minimaal vereiste binnendiameter;
• nominale en minimaal aanwezige wanddikte;
• verhouding tussen diameter en wanddikte;
• staalsoort en vloeigrens;
• toegestane ovaliteit en vervorming;
• gronddekking en gronddruk;
• verkeers- of spoorbelasting;
• perskracht, trekkracht en buigbelasting;
• sterkte van lassen en koppelingen;
• corrosietoeslag;
• vereiste technische levensduur.

Een grotere wanddikte verhoogt doorgaans de weerstand tegen lokale vervorming en knik. De definitieve maat moet echter uit een constructieve en geotechnische berekening volgen en niet uit een algemene vuistregel.

Welke staalsoort is geschikt voor een mantelbuis?

Voor stalen mantelbuizen, casingbuizen en doorpersbuizen kunnen constructiestaalsoorten uit de S235-, S275- en S355-reeks worden toegepast. Voorbeelden zijn S235JRH en S355J2H. De geschikte kwaliteit volgt uit het bestek, de berekening, de lastechnische eisen en de benodigde kerfslagtaaiheid.

Bij de aanduiding S355J2H staat S voor constructiestaal, 355 voor de nominale minimale vloeigrens binnen de betreffende dikteklasse, J2 voor een kerfslagwaarde van minimaal 27 joule bij −20 °C en H voor een constructief hol profiel.

Een hogere vloeigrens betekent niet automatisch dat een dunnere mantelbuis kan worden toegepast. Bij grote diameters kan stabiliteit of ovalisatie maatgevend zijn voordat de vloeigrens wordt bereikt. Ook lasbaarheid, restspanningen, taaiheid, oppervlaktetoestand en corrosietoeslag spelen een rol.

Welke productnormen gelden voor stalen mantelbuizen?

De toepasselijke productnorm hangt af van de oorspronkelijke vervaardiging, de staalsoort en de functie van de buis. Een productnorm bewijst niet zelfstandig dat een buis geschikt is voor een specifieke weg- of spoorkruising.

EN 10210 en EN 10219 leggen onder meer eisen vast aan materiaal, vervaardiging, toleranties en mechanische eigenschappen. De belastingsberekening, aanlegtechniek, rondlassen, conservering en beheerdersvoorwaarden blijven echter bepalend voor de geschiktheid.

Een inspectiecertificaat type 3.1 volgens EN 10204 kan worden verlangd om de chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en materiaaltraceerbaarheid aan te tonen. Het chargenummer of heat number moet dan aantoonbaar bij de geleverde buis horen. Het certificaat zegt niets over later aangebrachte rondlassen, coatings of andere bewerkingen.

Hoe diep moet een mantelbuis onder een weg liggen?

Er bestaat geen algemene minimale diepte die voor iedere wegbeheerder, bodemsoort en aanlegmethode geldt. De benodigde gronddekking hangt af van de buisdiameter, wegfundering, bodemopbouw, grondwaterstand en toegestane uitvoeringsafwijking.

Bij een HDD-boring wordt de gronddekking onder een weg doorgaans gerelateerd aan de afstand tussen de onderzijde van de wegfundering en de bovenzijde van het boorgat. Binnen de Richtlijn Boortechnieken van Rijkswaterstaat wordt voor HDD-boringen onder wegen onder meer uitgegaan van:

• minimaal 1,5 meter in cohesieve grond;
• zesmaal de buitendiameter in niet-cohesieve grond, met minimaal 1,5 meter.

Bij het bepalen van het werkelijke aanlegniveau moeten ook de dikte van de wegconstructie, leidingdiameter en mogelijke afwijking van de uitgevoerde boorlijn worden meegenomen. Daardoor kan de afstand tussen de bovenzijde van de verharding en het boorgat aanzienlijk groter zijn dan de vereiste gronddekking.

Bij een OFT- of GFT-persing wordt de gronddekking betrokken op de uitwendige bovenzijde van de geperste buis. De vereiste waarde kan afhankelijk zijn van diameter, perslengte, grondsoort, grondwater en risico op grondverlies.

Hoe diep moet een mantelbuis onder het spoor liggen?

Bij een spoorkruising wordt de minimale diepte veelal gerelateerd aan de bovenkant van de laagst gelegen spoorstaaf. Hiervoor wordt de afkorting BS, oftewel bovenkant spoorstaaf, gebruikt.

De vereiste diepte verschilt per aanlegtechniek en buisdiameter. Voor HDD, Open Front Techniek en Gesloten Front Techniek gelden afzonderlijke diameterklassen, gronddekkingen en randvoorwaarden. Bij grotere buisdiameters neemt de benodigde diepteligging doorgaans toe.

Extra gronddekking kan nodig zijn bij:

• een spoorbaan in ophoging of ingraving;
• een schuine kruising;
• meerdere parallelle sporen;
• een overweg;
• wissels of spoorkruisingen;
• bovenleidingsportalen;
• funderingspalen;
• bruggen, viaducten en andere kunstwerken;
• een hoge grondwaterstand;
• een grote buisdiameter of afwijkende bodemopbouw.

Een algemene dieptetabel mag daarom niet zonder locatieonderzoek en projectspecifieke beoordeling als definitieve ontwerpwaarde worden gebruikt.

Welke eisen gelden voor kruisinghoek en mantelbuislengte?

Een weg- of spooronderdoorgang wordt bij voorkeur zo kort mogelijk en ongeveer haaks op de infrastructuur ontworpen. Een haakse kruising beperkt de kruisingslengte en maakt druklijnen, zettingsrisico’s en uitvoeringsbelastingen beter beheersbaar.

Bij spoor is haaks kruisen het uitgangspunt. Schuin kruisen met HDD, OFT of GFT kan alleen onder aanvullende voorwaarden. De benodigde diepte, lengte en afstand tot druklijnen kunnen daarbij toenemen.

De lengte van de beschermbuis moet verder reiken dan alleen de afstand tussen de spoorstaven of asfaltkanten. Bij een spoorkruising moeten de uiteinden buiten de berekende druklijnen liggen. Voor drukvoerende leidingen kan bovendien een erosiekraterberekening bepalend zijn voor de benodigde lengte.

Onder een rijksweg moet een mantelbuis die als beheersmaatregel wordt toegepast het volledige relevante belastingsgebied en de voorgeschreven veiligheidszones overbruggen. Ook de ligging van de pers- en ontvangstkuip kan invloed hebben op de minimale buislengte.

Welke sleufloze aanlegtechnieken worden gebruikt?

Mantelbuizen onder bestaande wegen en spoorbanen worden meestal sleufloos aangebracht. De gekozen aanlegmethode bepaalt welke trek-, druk- en grondbelastingen op de buis ontstaan.

Bij HDD zijn trekkracht, buigspanning, minimale buigstraal en boorspoeldruk belangrijke ontwerpwaarden. Bij een stalen doorpersbuis zijn vooral axiale perskracht, huidwrijving, frontweerstand, knikstabiliteit en de capaciteit van de rondlassen relevant.

Welke rol spelen bodemonderzoek en grondwater?

Voor een betrouwbare weg- of spoorkruising is geotechnisch grondonderzoek nodig. Daarmee worden de bodemopbouw, grondwaterstand, draagkracht, samendrukbaarheid en geschiktheid voor de gekozen boor- of perstechniek vastgesteld.

Relevante gegevens zijn onder meer:

• zand-, klei- en veenlagen;
• conusweerstand en plaatselijke wrijving;
• grind, puin of andere obstakels;
• grondwaterstand en stijghoogte;
• doorlatendheid van de bodem;
• zettingsgevoeligheid;
• aanwezigheid van funderingsresten;
• bestaande kabels, leidingen en kunstwerken.

Een openfrontpersing is gevoelig voor instroom van grond en water. De techniek wordt daarom boven de grondwaterstand uitgevoerd of gecombineerd met een gecontroleerde verlaging van de grondwaterstand. Een geslotenfronttechniek ondersteunt het boorfront en kan ook onder de grondwaterstand worden toegepast.

Onvoldoende grondonderzoek kan leiden tot onverwacht hoge perskrachten, vastlopen, grondverlies, zetting, opstuwing of een ongewenste uitbraak van boorvloeistof.

Waarom zijn zettingsberekeningen en monitoring nodig?

Zetting of oppersen kan schade veroorzaken aan asfalt, de wegfundering, het ballastbed, spoorstaven, dwarsliggers, bovenleidingsconstructies en nabijgelegen funderingen. Daarom worden vooraf signaleringswaarden, grenswaarden en interventiemaatregelen vastgelegd.

Tijdens de uitvoering kunnen onder meer worden geregistreerd:

• voortgang en boorsnelheid;
• werkelijke pers- of trekkracht;
• front- of boorspoeldruk;
• grondwaterstand;
• verticale en horizontale verplaatsing;
• zetting of opstuwing van het maaiveld;
• afwijking van de ontworpen boorlijn.

Bij een horizontaal gestuurde boring worden daarnaast de positie van de boorkop, het spoelingvolume, retourdebiet en de boorgatvulling gevolgd. De uiteindelijke ligging, diepte en eventuele afwijkingen worden na uitvoering op een revisietekening vastgelegd.

Welke corrosiebescherming heeft een stalen mantelbuis nodig?

Ondergronds staal kan corroderen door bodemvocht, zuurstof, chloriden, bodemzouten, chemische verontreiniging en verschillen in bodemopbouw. De juiste corrosiebescherming hangt af van de bodemagressiviteit, ontwerplevensduur, inspecteerbaarheid en kans op beschadiging tijdens de installatie.

Mogelijke maatregelen zijn:

• PE-coating of polyethyleen ommanteling;
• epoxycoating;
• bitumineuze conservering;
• corrosietoeslag in de wanddikte;
• kathodische bescherming;
• elektrische isolatie;
• plaatselijk herstel van coating rond lasnaden.

Een PE-laag sluit het staal af van de vochtige bodem en kan externe corrosie beperken, mits de coating intact en geschikt voor de gekozen aanlegtechniek is. Tijdens een persing of gestuurde boring kunnen wrijving en contact met obstakels de coating beschadigen. Laszones en koppelingen moeten daarom afzonderlijk worden behandeld en gecontroleerd.

Thermisch verzinken kan voor bepaalde toepassingen geschikt zijn, maar de keuze moet worden afgestemd op de bodemomstandigheden, gewenste levensduur en mechanische belasting tijdens het aanbrengen.

Wat zijn zwerfstromen bij een spoorkruising?

Bij geëlektrificeerde spoorwegen kunnen elektrische zwerfstromen ondergrondse metalen leidingen en constructies beïnvloeden. Wanneer gelijkstroom via de bodem een stalen buis binnentreedt en elders weer uittreedt, kan op de uittredeplaats versnelde elektrochemische corrosie ontstaan.

De mogelijke invloed van zwerfstromen en eventuele tegenmaatregelen moeten in het ontwerp en uitvoeringsplan worden behandeld. Mogelijke maatregelen zijn kathodische bescherming, elektrische isolatie en projectspecifieke afstemming over het elektrisch gedrag van stalen onderdelen.

Welke eisen gelden voor centreerringen en afdichtingen?

De productleiding mag niet ongecontroleerd op de binnenwand van de stalen mantelbuis rusten. Centreerringen, afstandhouders of glijsloffen houden de leiding op positie en beschermen een eventuele coating.

Deze onderdelen worden afgestemd op:

• het gewicht van de lege en gevulde productleiding;
• het aantal en de afstand van de steunpunten;
• invoer- en trekkrachten;
• mof- en lasverbindingen;
• thermische lengteverandering;
• de beschikbare ringruimte;
• de vereiste elektrische isolatie;
• eventuele toekomstige vervanging.

De uiteinden worden afhankelijk van de toepassing afgesloten met manchetten, eindafdichtingen of speciale doorvoersystemen. De afdichting moet grond, water, vuil en ongedierte buitenhouden zonder schadelijke puntbelasting op de binnenleiding te veroorzaken.

De binnenzijde van de mantelbuis moet glad, schoon en vrij van bramen of andere scherpe onregelmatigheden zijn. Daarmee wordt beschadiging van kabels, productleidingen, coatings en centreerringen tijdens het invoeren voorkomen.

Wanneer zijn lekdetectie en een verklikker nodig?

Bij een mediumvoerende leiding kan lekkage de draagkracht en stabiliteit van de weg- of spoorconstructie aantasten. Water of een andere vloeistof kan grond uitspoelen en een erosiekrater veroorzaken.

Afhankelijk van het medium, de leidingdruk en de gevolgen van falen kunnen aanvullende voorzieningen nodig zijn:

• een verklikkerleiding;
• automatische lekdetectie;
• drainage;
• afsluiters aan weerszijden van de kruising;
• drukbewaking;
• een berekening van de erosiekrater;
• een spoelscherm of andere beheersmaatregel.

Welke voorziening nodig is, wordt bepaald door het risico van de leiding, de eigenschappen van het medium en de eisen van de weg- of spoorbeheerder.

Welke normen en richtlijnen zijn relevant?

Er bestaat niet één afzonderlijke norm die alle eisen aan iedere stalen mantelbuis onder een weg of spoor vastlegt. De toepasselijke combinatie hangt af van het medium, buismateriaal, beheergebied, bodemtype en de gekozen aanlegtechniek.

De NEN 3650-serie heeft betrekking op buisleidingsystemen voor het vervoer van stoffen. NEN 3651 bevat aanvullende eisen voor buisleidingen in of nabij belangrijke waterstaatswerken. Voor een kabelmantelbuis of niet-mediumvoerende beschermbuis moet de precieze toepasbaarheid uit de projectspecificatie en beheerdersvoorwaarden blijken.

Normen en richtlijnen worden periodiek herzien. Bij de start van een project moet daarom worden vastgesteld welke uitgave actueel, contractueel en vergunningstechnisch van toepassing is.

Welke vergunningen en meldingen kunnen nodig zijn?

Werkzaamheden met kabels en leidingen onder een rijksweg of spoorweg kunnen als beperkingengebiedactiviteit gelden. Afhankelijk van de locatie en activiteit kan sprake zijn van een meldingsplicht, informatieplicht, vergunningplicht of maatwerkvoorschrift.

De werkzaamheden mogen het veilige en doelmatige gebruik, de bereikbaarheid, stabiliteit en toekomstige aanpasbaarheid van de weg of spoorweg niet nadelig beïnvloeden. De specifieke zorgplicht blijft gelden, ook wanneer geen afzonderlijke vergunning nodig is.

Voorafgaand aan grondroerende werkzaamheden moeten bestaande kabels en leidingen worden gelokaliseerd. CROW 500 beschrijft het proces voor het voorkomen van graafschade vanaf de initiatief- en ontwerpfase tot en met uitvoering en beheer.

Welke gegevens horen in de technische specificatie?

Een volledige projectspecificatie voor een stalen mantelbuis, beschermbuis of doorpersbuis onder een weg of spoor benoemt minimaal:

• de functie van de mantelbuis;
• het type kabel of productleiding;
• het medium, de druk en de bedrijfstemperatuur;
• de buitendiameter en minimaal vereiste binnendiameter;
• de nominale en minimale wanddikte;
• de staalsoort en productnorm;
• de lengte en segmentverdeling;
• het materiaalcertificaat en de traceerbaarheid;
• de lasmethode en laskwaliteit;
• de coating en eventuele corrosietoeslag;
• de gronddekking en het aanlegniveau;
• de kruisinghoek en druklijnen;
• de bodemopbouw en grondwaterstand;
• de aanlegtechniek;
• de maximale trek- of perskracht;
• de toegestane vervorming en zetting;
• de centreerringen en ringruimte;
• de eindafdichting en lekdetectie;
• de ontwerp- en gebruikslevensduur;
• de monitorings- en interventiewaarden;
• de eisen van wegbeheerder, spoorbeheerder en bevoegd gezag.

Het uitvoeringsdossier bevat doorgaans ook een situatietekening, lengteprofiel, grondonderzoek, constructieve berekening, geotechnische analyse, lasplan, coatingrapport, monitoringsplan, risicoanalyse en revisietekening. Pas na gezamenlijke beoordeling van deze gegevens kan worden vastgesteld of een buis technisch geschikt is als mantelbuis onder de betreffende weg- of spoorconstructie.

Een stalen mantelbuis voor uw weg- of spoorkruising?

De juiste buisafmetingen, staalsoort en wanddikte hangen af van de belasting, gronddekking, aanlegmethode en eisen van de beheerder. Solines denkt technisch mee over een passende stalen mantelbuis voor uw project.

📞 0168 – 35 66 55
✉️ sales@solines.nl