Pijpdoorpersmachine uitgelegd: soorten, hoe ze werken en wanneer u er een moet gebruiken

Wat is een pijpdoorpersmachine en hoe werkt deze?

EEN pijp doorpersmachine is een sleufloos bouwmaterieel dat wordt gebruikt om ondergrondse leidingen te installeren zonder dat er langs het hele traject open sleuven hoeven te worden gegraven. In plaats van wegen, trottoirs of landschappen te verscheuren, duwt de machine pijpsecties door de grond van een lanceerput naar een ontvangstput. Deze aanpak wordt veel gebruikt voor rioolleidingen, waterleidingen, gaspijpleidingen en nutsleidingen die onder wegen, spoorwegen, rivieren en dichtbebouwde stedelijke gebieden lopen.

Het basisprincipe van de werking omvat een krachtig hydraulisch hefframe dat in de lanceerkuil is geplaatst. Dit frame oefent een gecontroleerde axiale kracht uit om het leidende pijpgedeelte – dat doorgaans is uitgerust met een snijkop of schild – door de grond te duwen. Terwijl uitgegraven materiaal van het oppervlak wordt verwijderd (mechanisch of door slurry), worden nieuwe pijpsecties achter de laatste toegevoegd en gaat het vijzelproces stapsgewijs door totdat de reeks pijpen de opvangput aan het andere uiteinde bereikt.

Moderne doorperssystemen zijn volledig bestuurbaar, wat betekent dat de operator realtime correcties kan aanbrengen in de uitlijning en het niveau met behulp van lasergeleiding of gyroscopische systemen. Deze precisie maakt ze geschikt voor projecten met nauwe toleranties, zoals zwaartekrachtrioolinstallaties die exacte hellingen vereisen.

Belangrijkste soorten pijpdoorpersmachines

Niet alle pijpdoorpersapparatuur is hetzelfde. Het gekozen type machine is afhankelijk van de buisdiameter, bodemgesteldheid, aandrijflengte en projectbudget. Dit zijn de meest gebruikte varianten:

Microtunnelingmachines (MTBM's)

Microtunnelboormachines worden op afstand bediend en zijn ontworpen voor pijpen met een kleinere diameter, doorgaans variërend van 150 mm tot 1.500 mm. De operator bestuurt de machine vanaf de oppervlakte met behulp van een controlecabine met een CCTV-feed- en laserrichtsysteem. Drijfmest wordt gebruikt om stekken via een speciale retourleiding terug naar de oppervlakte te transporteren. MTBM's zijn zeer nauwkeurig en kunnen met de juiste messenkooiconfiguratie een breed scala aan grondsoorten aan, waaronder zachte klei, grind en zelfs steen.

Earth Pressure Balance (EPB) pijpdoorpersmachines

EPB-machines gebruiken de uitgegraven grond zelf – geconditioneerd met schuim, bentoniet of polymeren – om de gronddruk op het snijvlak in evenwicht te brengen. Dit voorkomt bodemzetting en maakt ze ideaal voor zachte, watervoerende of gemengde bodems. Ze worden vaak gebruikt in stedelijke omgevingen waar bodemdaling tot een minimum moet worden beperkt. EPB-type pijpdoorpersinstallaties zijn verkrijgbaar voor microtunneling met een kleine diameter en voor grotere door mensen toegankelijke tunnels.

Drijfmestschild-pijpopvijzelmachines

Deze machines zetten het snijvlak onder druk met een bentonietslurry, die de grond ondersteunt en tegelijkertijd de stekken via een pijpleiding terug naar de oppervlakte transporteert. De slurry wordt vervolgens in een scheidingsinstallatie aan de oppervlakte verwerkt, gereinigd en gerecirculeerd. Mestmachines zijn vooral effectief in onstabiele grond, los zand en onder de grondwaterspiegel. Ze zijn doorgaans sneller dan op vijzels gebaseerde systemen bij langere aandrijvingen.

EENuger Boring Machines

EENuger boring is a simpler, cost-effective form of pipe jacking used in dry, stable soils. A rotating auger inside the casing pipe carries the cuttings back to the launch pit. These machines are typically used for shorter drives and smaller diameters. They are not steerable, which limits their use to projects where alignment precision is less critical.

Machines voor het aanstampen van pijpen

Bij het rammen van buizen wordt gebruik gemaakt van een pneumatische of hydraulische hamer die aan de achterkant van een stalen buis is bevestigd. De slagkracht drijft de buis door de grond zonder te draaien of te snijden; de grond wordt eenvoudigweg verplaatst of verdicht. Deze methode is snel en krachtig, waardoor deze geschikt is voor het oversteken onder dijken, wegen en spoorwegen in grofkorrelige bodems. Het biedt echter geen stuurvermogen en is het beste voor korte, rechte ritten.

Belangrijkste componenten van een pijpdoorperssysteem

EEN pipe jacking setup is more than just the boring machine at the front. The full system includes several integrated components working together:

• Opvijzelframe: De belangrijkste hydraulische pers geïnstalleerd in de lanceerkuil. Het oefent de duwkracht uit op de pijpstreng. Opvijzelframes worden beoordeeld op basis van hun stuwkracht, doorgaans variërend van 50 ton tot meer dan 2.000 ton voor aandrijvingen met een grote diameter.
• Snijkop / schild: Het leidende element aan de voorzijde van de pijpenstreng die de grond afgraaft. Het ontwerp varieert: roterende schijfmessen voor rotsen, open schilden voor zachte grond of kamers onder druk voor onstabiele grond.
• Opvijzelen van pijpen: Speciaal ontworpen betonnen, stalen of GRP (glasversterkte kunststof) buizen die zijn gebouwd om de opvijzelkrachten te weerstaan zonder te scheuren. Ze hebben doorgaans nauwkeurig bewerkte verbindingen om uitlijning en waterdichtheid te garanderen.
• Tussenliggende opvijzelstations (IJS): Bij langere aandrijvingen kan de wrijving langs de pijpstreng de capaciteit van het hoofdvijzelframe overschrijden. IJS-units worden op onderlinge afstanden in de pijpleiding geïnstalleerd om extra duwkracht van binnenuit te leveren, waardoor de haalbare aandrijflengte aanzienlijk wordt vergroot.
• Smeersysteem: Bentoniet- of polymeerslurry wordt via poorten in de pijpwand geïnjecteerd om huidwrijving langs de ringvormige ruimte tussen de pijp en de omringende grond te verminderen. Dit is van cruciaal belang voor lange ritten en in plakkerige kleisoorten.
• Begeleidingssysteem: EEN laser beam projected from the launch pit to a target inside the machine provides continuous alignment data. More sophisticated projects may use gyroscopic or Total Station-based guidance for curved alignments.
• Systeem voor het verwijderen van afval: Afhankelijk van het machinetype kan dit een mestleiding, een vijzel, een transportband of een stalwagensysteem voor mensingangstunnels zijn.

Pijpdoorpersen versus open sleuvengraven: een directe vergelijking

Bij veel projecten moeten ingenieurs kiezen tussen conventionele open uitgraving en sleufloze pijpdoorpersing. Hier ziet u hoe de twee methoden zich opstapelen voor de belangrijkste projectfactoren:

Bodemomstandigheden en machineselectie

Een van de meest cruciale beslissingen bij elk doorpersproject is het afstemmen van de juiste machine op de heersende bodemgesteldheid. Het gebruik van het verkeerde type messenkooi of schild kan leiden tot instabiliteit van het snijvlak, het vastlopen van de machine, overmatige slijtage of het mislukken van het project. Een grondig geotechnisch onderzoek voordat de werkzaamheden beginnen, is niet optioneel, maar essentieel.

Zachte klei en slib

Deze bodems zijn gevoelig voor deining en beknelling, vooral onder stedelijke wegen of in de buurt van bestaande constructies. EPB-machines met gesloten gelaatsschermen werken hier goed, omdat ze een continue gezichtsondersteuning behouden en grondbewegingen minimaliseren. De geconditioneerde grond in de schroeftransporteur fungeert als drukbuffer.

Zand en grind onder de waterspiegel

Verzadigde korrelige bodems zijn onstabiel en vereisen een mestmachine of een EPB onder druk. Slurrysystemen zijn hier bijzonder effectief omdat de bentonietsuspensie snel in de poriën infiltreert en zo een stabiele filterkoek op het tunnelvlak creëert. Ontwatering moet altijd als alternatieve of aanvullende maatregel worden geëvalueerd.

Gemengde gezichtsomstandigheden

Opritten die zowel rotsen als zachte grond tegenkomen binnen dezelfde dwarsdoorsnede behoren tot de meest uitdagende. In deze scenario's worden multi-mode machines gebruikt die kunnen schakelen tussen EPB- en mestverwerking, of speciaal gebouwde gemengd geslepen maaidekken met zowel schijfmessen als schrapers.

Rots

Bij het doorpersen van hardsteenpijpen worden snijkoppen gebruikt die zijn uitgerust met schijfmessen van wolfraamcarbide, vergelijkbaar met die op TBM's met volledig oppervlak. Het gesteente wordt afgebroken en gebroken in plaats van uitgeschept. De slijtage is hoog en de messenkooi-inspecties zijn periodiek vereist, wat bij zeer lange aandrijvingen meestal toegang tot tussendoorgangen of tussenschachten betekent.

Grenzen aan de schijflengte en hoe u deze kunt verlengen

EEN fundamental constraint in pipe jacking is the maximum achievable drive length before the friction forces on the pipe string exceed what the jacking frame can overcome. In ordinary conditions and without lubrication, drive lengths might be limited to 80–150 meters. However, with modern techniques and equipment, drives of 500 meters or more are achievable.

De belangrijkste strategieën om de aandrijflengte te verlengen zijn onder meer:

• Bentoniet Smering: Het injecteren van smeermiddel via poorten in de buiswand vermindert de huidwrijving aanzienlijk – soms met 50% of meer, afhankelijk van het bodemtype en het toepassingsvolume.
• Tussenliggende opvijzelstations: Hydraulische IJS-ringen worden op geplande intervallen in de pijpstreng geïnstalleerd. Ze worden opeenvolgend geactiveerd om delen van de leiding naar voren te duwen, waardoor de belasting op elk afzonderlijk punt in het systeem wordt verminderd.
• Extra grote snijkop: Het gebruik van een snijkop die iets groter is dan de buitendiameter van de pijp (waardoor een ringvormige ruimte ontstaat) vermindert de contactwrijving langs het gehele grensvlak tussen pijp en grond.
• Opvijzelframes met hoge capaciteit: Het upgraden naar een groter hoofdhefframe zorgt voor extra stuwkrachtreserve om onverwachte toename van de wrijving op te vangen.

Pijpmaterialen gebruikt bij het doorpersen van pijpen

De pijpen die bij het vijzelen worden gebruikt, zijn speciaal ontworpen om zowel de vijzelkrachten tijdens de installatie als de bedrijfsbelastingen gedurende de gehele levensduur van de pijpleiding te weerstaan. De meest gebruikte buismaterialen zijn:

• Versterkte betonnen buis (RCP): Het meest gebruikte materiaal voor zwaartekrachtriolen en regenwater. Verkrijgbaar in diameters van 300 mm tot 3.000 mm, met stalen eindringen voor overdracht van de vijzelkracht. Hoge druksterkte, maar vereist zorgvuldige behandeling om scheuren te voorkomen.
• Stalen buis: Gebruikt voor drukleidingen zoals waterleidingen en gasleidingen. Zeer goed bestand tegen vijzelbelastingen en kan in secties worden gelast. Vaak inwendig (epoxy) en uitwendig (polyethyleen of fusion-bonded coating) gecoat ter bescherming tegen corrosie.
• Glasversterkt kunststof (GRP/RTRP): Lichtgewicht en corrosiebestendig. Gebruikt in chemische of agressieve bodemomgevingen. GVK-buizen moeten specifiek ontworpen zijn voor vijzelen om de drukkracht aan te kunnen zonder te knikken.
• Nodulair gietijzeren pijp: Gebruikt voor drukleidingen met een kleinere diameter. Sterk, duurzaam en bestand tegen interne druk. Verbindingen moeten worden aangepast voor vijzelen om de longitudinale stuwkracht aan te kunnen.
• Polymeerbetonbuis (PCP): EEN composite material offering excellent chemical resistance and smooth internal surface. Used for aggressive sewer environments where standard concrete would corrode over time.

Veel voorkomende toepassingen van pijpdoorpersapparatuur

Pijpdoorpersmachines worden in een breed scala van infrastructuursectoren gebruikt. Hun vermogen om zonder grote verstoringen onder bestaande constructies en oppervlakken te werken, maakt ze onmisbaar in de moderne civiele techniek:

• Weg- en snelwegkruisingen: Het installeren van duikers, afvoerleidingen en nutsleidingen onder hoofdwegen en snelwegen zonder verkeershinder.
• Spoorwegonderdoorgangen: Het vormen van voetgangersonderdoorgangen of oversteekplaatsen voor nutsvoorzieningen onder actieve spoorlijnen waar uitgraving aan het oppervlak onpraktisch of gevaarlijk zou zijn.
• Rivier- en waterloopovergangen: Het installeren van leidingen onder rivieren of getijdenmondingen waar HDD of open snede niet haalbaar is vanwege omgevings- of dieptebeperkingen.
• Stedelijke rioolsystemen: Het aanleggen van zwaartekrachtriolen met nauwkeurige niveaucontrole in dichtbevolkte stedelijke omgevingen waar verstoring van het oppervlak onaanvaardbaar zou zijn.
• EENirport Infrastructure: Het installeren van drainage- en nutsleidingen onder start- en taxibanen zonder de vliegactiviteiten te beïnvloeden.
• Industriële locaties: Het leiden van pijpleidingen door bestaande fabrieken en faciliteiten waar overheadbeperkingen of procescontinuïteit uitgraving aan het oppervlak verhinderen.

Gezondheids-, veiligheids- en milieuoverwegingen

Hoewel het doorpersen van pijpen in veel opzichten inherent veiliger is dan open uitgraving (minder blootliggende sleuven, minder interactie met het verkeer, minder risico op instorting), introduceert het zijn eigen reeks veiligheidsoverwegingen die zorgvuldig moeten worden beheerd.

Lanceer- en ontvangstkuilen zijn besloten ruimtes en moeten worden beheerd volgens de regelgeving voor besloten ruimtes. Werknemers die putten betreden, moeten zijn uitgerust met gasdetectieapparatuur, geschikte PBM's en noodophaalsystemen. Het krikframe en de hydraulische systemen werken onder extreem hoge krachten, waardoor competente operators en regelmatige inspecties van de apparatuur nodig zijn.

Voor systemen op basis van slurry genereert de bentonietscheidingsinstallatie afvalslurry die moet worden afgevoerd in overeenstemming met de lokale milieuvoorschriften. Het dumpen van met bentoniet verontreinigd water in regenafvoeren of waterlopen is in de meeste rechtsgebieden illegaal. Goede bezinkingstanks, recyclingsystemen en erkende afvoerroutes zijn verplicht op locaties die aan de regelgeving voldoen.

Geluid en trillingen afkomstig van het vijzelen – met name het rammen van pijpen – moeten worden gemonitord in de buurt van gevoelige receptoren zoals scholen, ziekenhuizen en woningen. Trillingsmonitoring en werktijdbeperkingen worden in stedelijke gebieden vaak opgelegd als vergunningsvoorwaarden.

Hoe u de juiste pijpdoorvijzelaar kiest

Het selecteren van de juiste aannemer voor een pijpdoorpersproject is net zo belangrijk als het selecteren van de juiste machine. De belangrijkste zaken die u moet evalueren bij het aanbesteden of aanstellen van een gespecialiseerde aannemer zijn onder meer:

• Bewezen ervaring met de specifieke bodemgesteldheid en het buisdiameterbereik dat relevant is voor uw project.
• Eigendoms- en onderhoudsgegevens van de te gebruiken doorpersapparatuur: gehuurde machines van derden kunnen onzekerheid over de bruikbaarheid met zich meebrengen.
• EEN clear methodology statement covering pit design, ground support, face management, lubrication plan, guidance system, and contingency for unexpected conditions.
• Voorstellen voor monitoring van nederzettingen voor stedelijke opritten in de buurt van bestaande structuren, met gedefinieerde triggerniveaus en responsacties.
• Referenties van vergelijkbare projecten die in de afgelopen drie tot vijf jaar zijn voltooid, idealiter met contactgegevens voor verificatie.
• Gezondheids- en veiligheidsgegevens – vraag hun RIDDOR-rapportage-incidenten op en controleer eventuele recente handhavingskennisgevingen.

Bij het doorpersen van buizen is de goedkoopste aanbesteding zelden de beste keuze. Een aannemer zonder de juiste ervaring of apparatuur voor uw specifieke omstandigheden kan aanzienlijk meer kosten aan vertragingen, herstel en claims dan de aanvankelijke besparing op de contractprijs.