Wat is een stalen doorpersbuis en wanneer wordt deze gebruikt?

Wat is een stalen doorpersbuis?

Een stalen doorpersbuis is een ronde stalen buis die vanuit een perskuip met hydraulische vijzels horizontaal of onder een beperkte helling door de bodem wordt gedrukt. Zo ontstaat een ondergrondse doorgang voor kabels of leidingen zonder dat het volledige tracé hoeft te worden opengegraven.

De techniek wordt vooral toegepast bij kabel- en leidingkruisingen onder wegen, spoorbanen, parkeerterreinen, bedrijfsterreinen, dijken en andere bovengrondse infrastructuur. In de praktijk worden ook termen gebruikt als stalen persbuis, buisdoorpersing, horizontale doorpersing, wegdoorpersing, persboring, vijzelpersing en sleufloze leidingaanleg.

Een doorpersbuis kan na de aanleg verschillende functies hebben. De stalen buis kan als beschermende mantelbuis rond een productleiding of kabel blijven liggen, maar kan ook zelf als mediumvoerende leiding worden ontworpen. De term doorpersbuis beschrijft daarom in de eerste plaats de aanlegmethode en niet automatisch de uiteindelijke functie.

Wanneer wordt een stalen doorpersbuis gebruikt?

Een stalen doorpersbuis wordt gebruikt wanneer een ondergrondse kabel of leiding een bestaand object moet kruisen en open ontgraven niet wenselijk, niet veilig of niet toegestaan is. Het maaiveld tussen de startput en ontvangstput blijft grotendeels gesloten, waardoor verkeerswegen, spoorlijnen en andere voorzieningen doorgaans minder worden verstoord.

Veelvoorkomende toepassingen van stalen doorpersbuizen zijn:

• een stalen mantelbuis onder een asfaltweg of betonweg;
• een leidingkruising onder een spoorlijn of emplacement;
• een kabeldoorvoer onder een parkeerplaats of bedrijventerrein;
• een passage onder een dijk, kade of watergang;
• een kruising onder bestaande bebouwing of funderingen;
• bescherming van drinkwaterleidingen, gasleidingen en warmteleidingen;
• aanleg van een persriool of industriële leiding;
• doorvoer van elektriciteitskabels, telecomkabels en glasvezel;
• sleufloze aanleg op locaties met beperkte bovengrondse werkruimte.

Een doorpersing is niet volledig graafloos. Voor de persinstallatie is meestal een startput of perskuip nodig. Aan het einde van het tracé wordt doorgaans een ontvangstput aangelegdEen doorpersing is niet volledig graafloos. Voor de persinstallatie is meestal een startput of perskuip nodig. Aan. De benodigde afmetingen hangen af van de buisdiameter, perslengte, werkdiepte, gekozen boortechniek en beschikbare ruimte.

Welke functie heeft een doorgeperste stalen buis?

Het verschil tussen een doorpersbuis, mantelbuis en leidingbuis wordt bepaald door de functie van de buis. Een doorpersbuis verwijst naar de aanlegwijze, terwijl een mantelbuis of mediumvoerende leiding de uiteindelijke toepassing beschrijft.

Uitvoering	Hoofdfunctie	Typische toepassing
Stalen doorpersbuis als mantelbuis	Beschermen van een binnenliggende kabel of productleiding	Weg- of spoorkruising
Mediumvoerende stalen leiding	Zelf transporteren van een vloeistof of gas	Waterleiding, persriool of industriële leiding
Constructieve beschermbuis	Opnemen van grond-, verkeers- en spoorbelasting	Zwaarbelaste infrastructurele kruising
Tijdelijke persbuis	Onderdeel van een tijdelijke uitvoeringsmethode	Tijdelijke doorvoer of hulpconstructie

Bij toepassing als stalen mantelbuis wordt de productleiding of kabel doorgaans met afstandhouders of centreerringen in de buis aangebracht. Deze voorzieningen zorgen voor een gecontroleerde positie en voorkomen direct contact tussen de binnenleiding en de stalen mantel.

De ruimte tussen de mantelbuis en de productleiding wordt de ringruimte of annulaire ruimte genoemd. Afhankelijk van het ontwerp kan deze ruimte open blijven, aan de uiteinden worden afgedicht of geheel of gedeeltelijk worden gevuld. De voorschriften van de opdrachtgever, leidingbeheerder of infrastructuurbeheerder zijn daarbij bepalend.

Hoe wordt een stalen doorpersbuis aangebracht?

Bij een hydraulische buisdoorpersing wordt in de perskuip een vijzelinstallatie opgesteld. Voor het eerste buiselement bevindt zich een snijkop, boorkop of boorschild. De hydraulische vijzels drukken de stalen buis vervolgens de bodem in.

Zodra een buissectie vrijwel volledig is ingevoerd, worden de vijzels ingetrokken. Vervolgens wordt een nieuw buisdeel geplaatst en met het voorgaande deel verbonden. Daarna wordt de perscyclus herhaald totdat de voorkant van de doorpersing de ontvangstput bereikt.

De grond voor de buis moet tijdens de aanleg gecontroleerd worden verwijderd. Afhankelijk van de gekozen doorperstechniek gebeurt dat:

• handmatig vanuit de buis;
• met een avegaar of grondboor;
• met een mechanische boorkop;
• via een afgesloten boorkamer;
• met een hydraulisch grondtransportsysteem.

Stalen buiselementen worden meestal verbonden met een rondom doorlopende stuiklas. Deze rondlas moet zowel de tijdelijke perskrachten tijdens de uitvoering als de permanente gebruiksbelastingen kunnen opnemen. Lasvoorbereiding, uitlijning, lasmethode en lasonderzoek worden daarom in het uitvoerings- of lasplan vastgelegd.

Openfronttechniek voor een rechte doorpersing

Bij de openfronttechniek, afgekort OFT, blijft de voorzijde van de eerste buis open. Een snijkop maakt de grond los, waarna de stalen persbuis door hydraulische vijzels vooruit wordt gedrukt.

De grond kan handmatig of met een avegaar worden afgevoerd. Bij een avegaarboring transporteert een ronddraaiende grondboor het ontgraven materiaal door de buis terug naar de perskuip. Deze methode wordt ook aangeduid als avegaarpersing, avegaarboring of auger boring.

Een openfrontpersing wordt in beginsel over een recht tracé uitgevoerd. Het tracé kan horizontaal, stijgend of dalend worden aangelegd, maar tussentijdse stuurcorrecties zijn beperkt. Bij een gestuurde avegaarboring wordt vaak eerst een nauwkeurig gepositioneerde pilotstang aangebracht, waarna de snijkop en persbuis het pilottracé volgen.

De openfronttechniek is vooral geschikt voor overzichtelijke, relatief korte kruisingen in stabiele grond. Werken onder de grondwaterstand is alleen mogelijk wanneer het grondwater over het volledige tracé voldoende kan worden beheerst of verlaagd.

Geslotenfronttechniek en microtunnelling

Bij de geslotenfronttechniek, afgekort GFT, bevindt zich voor het eerste buiselement een afgesloten boorschild. De boorkop ondersteunt het boorfront, waardoor het risico op instroom van grond en grondwater beter kan worden beheerst.

De positie van de boormachine wordt met een meetsysteem gevolgd. Stuurvijzels maken horizontale en verticale correcties mogelijk. Hierdoor kan een geslotenfrontboring nauwkeuriger worden uitgevoerd dan een niet-bestuurbare openfrontpersing.

Microtunnelling is een gemechaniseerde vorm van geslotenfrontboren. De boormachine wordt op afstand bestuurd en de ontgraven grond wordt mechanisch of hydraulisch naar de perskuip afgevoerd. Afhankelijk van de bodem kan gebruik worden gemaakt van een slurry- of grondbalanssysteem.

Geslotenfronttechniek wordt onder meer gekozen bij:

• werken onder de grondwaterstand;
• grotere buisdiameters;
• langere persafstanden;
• strenge eisen aan ligging en tolerantie;
• complexe of wisselende bodemlagen;
• gevoelige weg-, spoor- of waterstaatskruisingen.

Bij lange persingen kunnen tussenstations of tussenpersstations worden toegepast. Deze stations verdelen de benodigde vijzelkracht over meerdere delen van de leidingstreng en beperken de maximale axiale belasting op de buizen.

Verschil tussen doorpersen, raketboren en HDD

Niet iedere sleufloze aanlegtechniek waarbij een stalen buis wordt gebruikt, is hetzelfde. De gekozen methode bepaalt onder meer hoe de buis wordt voortbewogen, hoe nauwkeurig het tracé kan worden gestuurd en onder welke bodem- en grondwateromstandigheden kan worden gewerkt.

Bij een hydraulische doorpersing wordt de buis met vijzels vanuit een perskuip door de bodem gedrukt. De voortgang en perskracht kunnen tijdens de uitvoering worden geregistreerd en beheerst.

Bij pneumatisch staalpersen wordt een stalen buis met slagenergie door de grond gedreven. Deze techniek wordt ook raketboren, raketpersen of buisrammen genoemd. De methode is beperkt bestuurbaar en is vooral geschikt voor relatief korte, rechte passages in geschikte bodemomstandigheden.

Bij horizontaal gestuurd boren, ook horizontal directional drilling of HDD genoemd, wordt eerst een bestuurbare pilotboring gemaakt. Daarna wordt het boorgat verruimd en wordt de leiding meestal door het boorgat teruggetrokken. HDD is geschikt voor langere en gebogen tracés, maar vraagt andere ontwerpberekeningen en uitvoeringsmaatregelen dan een buisdoorpersing.

Bij open ontgraven wordt over het volledige leidingtracé een sleuf gemaakt. Dat biedt directe toegang tot de leiding, maar veroorzaakt meer grondverzet en bovengrondse hinder.

Techniek	Tracé	Typische toepassing
Openfrontdoorpersing	Recht	Korte wegkruisingen in stabiele grond
Geslotenfrontboring	Recht of beperkt gebogen	Nauwkeurige passages onder grondwater
Microtunnelling	Nauwkeurig bestuurbaar	Langere en complexe ondergrondse kruisingen
Pneumatisch staalpersen	Recht en beperkt bestuurbaar	Korte buispassages
HDD	Recht of gebogen	Lange kabel- en leidingtracés
Open ontgraven	Vrij te bepalen	Bereikbare tracés zonder kritieke obstakels

Waarom wordt staal gebruikt voor een doorpersbuis?

Staal is geschikt voor doorpersbuizen door de combinatie van druksterkte, stijfheid, taaiheid en lasbaarheid. Een stalen buis kan de kracht van de hydraulische vijzels via de gekoppelde buissecties naar de snijkop overbrengen.

Stalen buizen zijn bovendien beschikbaar in uiteenlopende buitendiameters, wanddiktes, lengtes en staalsoorten. Daardoor kan de buis worden afgestemd op de persmethode, bodemweerstand en permanente gebruiksbelasting.

Tijdens een doorpersing wordt de stalen buis onder meer belast door:

• kopweerstand aan het boorfront;
• mantelwrijving langs de buitenzijde;
• axiale drukkracht van de vijzels;
• lokale druk bij de buiseinden;
• grond- en grondwaterdruk;
• verkeersbelasting of spoorbelasting;
• mogelijke zettingen en vervormingen;
• transport-, hijs- en montagebelasting.

Een hogere staalsterkte of grotere wanddikte maakt een buis niet automatisch geschikt om te worden doorgeperst. Ook rondheid, rechtheid, diameter-wanddikteverhouding, lasnaden, buiseinden en materiaaltaaiheid zijn van belang.

Welke diameter heeft een stalen doorpersbuis nodig?

De benodigde diameter van een doorpersbuis wordt bepaald door de functie en de afmetingen van de binnenliggende kabel of leiding. Bij een stalen mantelbuis moet de binnendiameter voldoende ruimte bieden voor de productleiding en alle bijbehorende verbindingen en hulpmiddelen.

Bij het bepalen van de benodigde vrije ruimte wordt onder meer rekening gehouden met:

• de buitendiameter van de productleiding;
• lassen, flenzen, koppelingen of moffen;
• kabelbundels en trekvoorzieningen;
• afstandhouders en centreerringen;
• maat- en uitvoeringstoleranties;
• eventuele toekomstige inspectie of vervanging.

Een te kleine mantelbuis kan montageproblemen veroorzaken en de coating of verbindingen van de productleiding beschadigen. Een onnodig grote diameter vraagt meer grondverwijdering en kan de kans op grondverlies, zetting of opdrukking vergroten.

De optimale diameter wordt daarom niet alleen bepaald door de inhoud van de buis, maar ook door de aanlegmethode, bodemgesteldheid, gronddekking en gewenste vrije ruimte.

Hoe wordt de wanddikte van een doorpersbuis bepaald?

De wanddikte van een stalen doorpersbuis volgt uit een constructieve en geotechnische berekening. De buis moet tijdens het persen bestand zijn tegen axiale druk en na de aanleg tegen permanente externe belastingen.

Bij het bepalen van de benodigde wanddikte worden onder meer beoordeeld:

• buitendiameter van de buis;
• lengte van het perstracé;
• kopweerstand van de boorkop;
• verwachte mantelwrijving;
• maximaal beschikbare vijzelkracht;
• gronddekking en bodemopbouw;
• grondwaterdruk;
• verkeers- of spoorbelasting;
• risico op knik, plooivorming en ovalisatie;
• corrosietoeslag en gewenste levensduur.

Ook de lokale krachtsoverdracht tussen de buiselementen is belangrijk. Niet-vlakke of slecht uitgelijnde buiseinden kunnen spanningsconcentraties en plaatselijke vervorming veroorzaken.

Perskracht, kopweerstand en mantelwrijving

Voorafgaand aan een buisdoorpersing wordt een perskrachtberekening gemaakt. De totale benodigde vijzelkracht bestaat hoofdzakelijk uit de kopweerstand aan het boorfront en de wrijving tussen de buiswand en de omliggende bodem.

De kopweerstand is afhankelijk van de diameter van de snijkop, bodemsoort, grondspanning en gekozen ontgravingsmethode. De mantelwrijving wordt onder meer beïnvloed door de perslengte, buitendiameter, bodemgesteldheid en kwaliteit van de smering.

Bij langere geslotenfrontpersingen kan bentoniet of een ander geschikt smeermiddel in de ruimte rond de buis worden geïnjecteerd. Dit verlaagt de wrijving en beperkt de benodigde perskracht. De ruimte rond de buis wordt ook de smeerspleet of overcut genoemd.

Tijdens de uitvoering wordt de werkelijke perskracht geregistreerd. Een onverwachte stijging kan wijzen op veranderende bodemweerstand, een obstakel, onvoldoende smering, een afwijking van het tracé of dreigende beschadiging van de buis.

Welke staalsoorten zijn geschikt voor doorpersbuizen?

Voor een niet-mediumvoerende stalen mantelbuis kunnen constructieve buizen worden toegepast wanneer de materiaalgegevens en afmetingen aansluiten op de projectspecificatie en sterkteberekening.

Veelvoorkomende constructiestaalsoorten voor ronde stalen buizen zijn:

• S235JRH;
• S275J0H;
• S355J0H;
• S355J2H.

S355J2H is een staalsoort voor constructieve holle profielen. De aanduiding S355 verwijst naar constructiestaal met een nominale vloeigrensklasse van 355 MPa bij de daarvoor geldende materiaaldikte. J2 duidt op een gespecificeerde kerfslagenergie van 27 joule bij −20 °C. De letter H geeft aan dat het om een hol profiel gaat.

De staalsoort alleen bepaalt niet of een buis geschikt is als persbuis. Ook productnorm, wanddikte, diameter, buislengte, lasnaad, toleranties en materiaalconditie moeten worden gecontroleerd.

Voor mediumvoerende of drukbelaste leidingen kunnen leidingstaalsoorten en normen voor drukdoeleinden nodig zijn. De juiste keuze hangt dan mede af van ontwerpdruk, medium, temperatuur, lasbaarheid, taaiheid en vereiste beproevingen.

Zowel langsnaadgelaste als spiraalgelaste stalen buizen kunnen technisch geschikt zijn voor een doorpersing. De volledige buisspecificatie en berekende belasting zijn belangrijker dan alleen het type fabriekslas.

Welke normen gelden voor een stalen doorpersbuis?

Er bestaat geen afzonderlijke productnorm die iedere stalen buis automatisch geschikt verklaart als doorpersbuis. Welke normen en richtlijnen van toepassing zijn, hangt af van de functie, het medium, de ligging en de eisen van de opdrachtgever of beheerder.

Afhankelijk van het project kunnen onder meer relevant zijn:

• NEN 3650-1 voor algemene veiligheidseisen aan buisleidingsystemen;
• NEN 3650-2 voor aanvullende eisen aan stalen buisleidingen;
• NEN 3651 voor buisleidingen in of nabij belangrijke waterstaatswerken;
• NEN-EN 10219 voor koudgevormde gelaste constructieve holle profielen;
• NEN-EN 10210 voor warmvervaardigde constructieve holle profielen;
• delen van NEN-EN 10217 voor gelaste stalen buizen voor drukdoeleinden;
• NEN-EN 10204 voor keuringsdocumenten en materiaalcertificaten;
• de Richtlijn Boortechnieken van Rijkswaterstaat;
• technische voorschriften van ProRail voor spoorkruisingen;
• aanvullende eisen van gemeenten, provincies, waterschappen en netbeheerders.

De NEN 3650-serie is niet automatisch van toepassing op iedere kabelmantelbuis of civieltechnische beschermbuis. Het toepassingsgebied moet per project worden vastgesteld.

Een 3.1-materiaalcertificaat volgens EN 10204 kan informatie bevatten over de chemische samenstelling, mechanische eigenschappen, materiaalidentificatie en traceerbaarheid. Een keuringsdocument vervangt echter geen sterkteberekening, perskrachtberekening, lasplan of goedgekeurd uitvoeringsplan.

Corrosiebescherming van een ondergrondse stalen buis

Een ondergrondse stalen doorpersbuis kan door bodem en grondwater corroderen. De snelheid van aantasting wordt beïnvloed door onder meer vocht, zuurstof, pH, zouten, bodemweerstand, zwerfstromen en elektrisch contact met andere metalen.

Mogelijke maatregelen tegen corrosie zijn:

• een uitwendige coating;
• een PE- of kunststofbekleding;
• een berekende corrosietoeslag;
• kathodische bescherming;
• elektrische isolatie tussen mantel- en productleiding;
• gecontroleerd herstel van coatingbeschadigingen.

Tijdens transport, lassen en doorpersen kan een beschermlaag beschadigd raken. De coating moet daarom geschikt zijn voor mechanische belasting en grondcontact. Laszones en beschadigde delen moeten volgens de projectspecificatie worden hersteld.

Bij een stalen mantelbuis rond een metalen productleiding moet worden voorkomen dat ongewenst elektrisch contact ontstaat. Een mantelbuis biedt mechanische bescherming, maar is niet automatisch een volledige corrosiebescherming voor de binnenleiding.

Welk grondonderzoek is nodig voor een doorpersing?

Een betrouwbare stalen buisdoorpersing begint met geotechnisch en conditioneel onderzoek. De aannemer en ontwerper moeten voldoende inzicht hebben in de bodem, het grondwater en de bestaande ondergrondse en bovengrondse infrastructuur.

Bij de voorbereiding worden onder meer onderzocht:

• bodemopbouw en laagovergangen;
• grondwaterstand en waterdruk;
• aanwezigheid van stenen, puin of andere obstakels;
• bestaande kabels en leidingen;
• funderingen, damwanden en paalconstructies;
• gronddekking boven de doorpersbuis;
• gevoeligheid van het maaiveld voor zetting of opdrukking;
• beschikbare ruimte voor de pers- en ontvangstkuip.

Op basis van deze gegevens wordt bepaald of openfrontboren, geslotenfrontboren, microtunnelling, HDD of een andere aanlegmethode het meest geschikt is.

Bij een doorpersing onder een spoorlijn, hoofdweg of waterstaatswerk zijn doorgaans aanvullende risicoanalyses, berekeningen, vergunningen en toestemmingen nodig.

Wat staat er in een boor- of persplan?

Een boorplan of persplan beschrijft hoe de ondergrondse kruising veilig en beheerst wordt uitgevoerd. Het document legt de technische uitgangspunten, berekeningen, uitvoeringsmethode en controlemaatregelen vast.

Een persplan bevat doorgaans:

• het horizontale en verticale tracé;
• de positie en afmetingen van de werkkuipen;
• buitendiameter, wanddikte en staalsoort;
• productnorm en materiaalcertificaten;
• gronddekking en toegestane afwijkingen;
• de gekozen doorpers- of boortechniek;
• berekende kopweerstand en mantelwrijving;
• maximale en verwachte perskracht;
• grondwater- en boorfrontbeheersing;
• smeerplan en eventuele bentonietinjectie;
• meet-, monitorings- en stopcriteria;
• lasverbindingen en kwaliteitscontroles;
• noodmaatregelen bij obstakels of afwijkingen.

Voor een wegdoorpersing of spooronderdoorgang kan daarnaast monitoring van het maaiveld, wegdek of spoor worden voorgeschreven.

Hoe wordt een stalen doorpersbuis gecontroleerd?

Tijdens het doorpersen worden de voortgang, persdruk, ligging en hoeveelheid afgevoerde grond gevolgd. Bij een gesloten boorfront worden ook de boorfrontdruk of slurrydruk bewaakt.

Een te lage frontdruk kan leiden tot grondverlies en verzakking. Een te hoge druk kan opbarsting, een blow-out of ongewenste opdrukking van het maaiveld veroorzaken. De gemeten waarden worden daarom vergeleken met vooraf vastgestelde grens- en stopwaarden.

Na de aanleg worden onder meer gecontroleerd:

• gerealiseerde ligging en diepte;
• vrije doorgang van de buis;
• rondlassen en verbindingen;
• beschadigingen of vervormingen;
• coating en corrosiebescherming;
• afstandhouders en productleiding;
• afdichting of vulling van de ringruimte;
• revisiegegevens en materiaaltraceerbaarheid.

Wanneer de stalen doorpersbuis zelf een medium transporteert, kunnen aanvullende controles nodig zijn. Voorbeelden zijn visueel lasonderzoek, niet-destructief onderzoek, een dichtheidsproef en een sterktebeproeving.

Wanneer is een stalen doorpersbuis de juiste keuze?

Een stalen doorpersbuis is vooral geschikt voor een rechte of nauwkeurig gestuurde ondergrondse kruising waarbij de buis tijdens de aanleg hoge axiale drukkrachten moet kunnen opnemen. De techniek is relevant wanneer bovengrondse infrastructuur zo veel mogelijk intact moet blijven en een open sleuf niet wenselijk is.

De uiteindelijke keuze hangt af van de combinatie van tracélengte, buisdiameter, grondsoort, grondwaterstand, benodigde nauwkeurigheid, beschikbare werkruimte en beheerderseisen. Ook de functie van de buis, de gewenste levensduur en de mogelijkheid om perskrachten veilig over te brengen zijn bepalend.

Advies over stalen doorpersbuizen

Heeft u een stalen buis nodig voor een wegdoorpersing, spoorkruising of andere sleufloze leidingaanleg? Solines denkt mee over de juiste diameter, wanddikte, staalsoort en beschikbare buisspecificaties.

☎️ Telefoon: 0168 – 35 66 55
✉️ E-mail: sales@solines.nl