Gestuurde boring

Een aanlegmethode die snel aan populariteit wint is gestuurd boren. Er is geen sleuf meer nodig en er is amper overlast.

Horizontaal gestuurd boren, of in het Engels Horizontal Directional Drilling of kortweg HDD, is een boormethode die oorspronkelijk afkomstig is uit de olie-industrie. Je kan ermee in bochten boren.

Op kilometers diepte is een kronkelig boortraject ideaal om vanaf dezelfde locatie meerdere olielagen aan te boren in één boring of om bepaalde steenformaties of breuken juist te ontwijken. Al gauw bleek het principe van deze methode ook vlakbij het aardoppervlak een uitgesproken handig gereedschap. Met een gestuurde boring kan je op een meter of tien diepte dwars onder een hele woonwijk, kanaal of snelweg door boren zonder dat iemand er last van heeft. Gestuurd boren heeft de afgelopen tien jaar een stormachtige opkomst gemaakt in de wereld van midden-en hoogspanningskabels.

Vrij grote boormachine voor een gestuurde boring. Met deze installaties kan men honderden meters lange boortracés maken die in drie dimensies kronkelen en op het uiteinde van de boring kan men hem op een halve meter nauwkeurig weer laten opduiken. Foto door Johan Swank.

Afgeschuinde boorkop

In beginsel is de methode eenvoudig. De boorkop van een HDD-installatie is asymmetrisch, met een afgeschuinde kant. Men steekt de boor schuin omlaag in de grond en telkens na een meter of zes wordt een nieuwe boorstang bevestigd zodat de boorkolom steeds langer wordt. Zolang de hele boorkolom roteert draait de schuine zijde alle kanten op en boort hij netto rechtdoor. Zet men de boorkolom stil en duwt men alleen, dan zorgt de schuine zijde op de boorkop ervoor dat de hele boorkolom als op een schans van richting afbuigt. Zolang maar duidelijk is in welke richting de schuine zijde staat en hoe resistent het bodemmateriaal is, kan men met een gestuurde boring een kronkelig pad in de ondergrond maken in drie dimensies. Dat pad kan honderden meters lang zijn. Het record voor gestuurde boringen dichtbij het aardoppervlak (en dus uit te voeren zonder een booreiland aan te moeten slepen) is momenteel zelfs een paar kilometer aan één stuk.

Natuurlijk kan de bochtstraal niet te strak worden gemaakt, de stalen boorkolommen moeten wel binnen hun buigbegrenzing blijven. Er kan grote precisie worden bereikt: op honderd meter afstand kan men de boor weer op laten duiken door het grasveld heen, zo precies dat een kratje bier om te wippen is. Het is verder belangrijk om te weten waar de boor precies is. Hoewel het principe van HDD dus eenvoudig is, komt er wel wat techniek bij kijken – en niet te vergeten, kundige mensen die de boring uitvoeren.

Kleiner formaat HDD-boormachine voor boringen van enkele tientallen meters onder een weg of sloot door. Met deze maat krijg je geen mantelbuizen voor hoogspanning in de grond, maar voor 10 kV in stadse omgevingen is het een prettig compact apparaat dat zijn kont nog keren kan tussen de bomen en fietspaden. Foto door Gerard Nachbar.

Tijdens het boren wordt instorting van het gat voorkomen door er bentoniet in te gieten. Dat is een zware vloeibare kleisoort die de meeste mensen wel kennen van kattenbakvulling. Precies, dat ongeëvenaarde gesmeer waarover je uitglijdt en nauwelijks nog uit je kleding krijgt. Precies dat glibberige karakter is wat men hebben moet. Bentoniet met water is een glibberige suspensie die de boorkolom geen weerstand geeft, maar wel tegendruk geeft aan de grond erboven. Omdat bentoniet ongeveer dezelfde dichtheid heeft als de grond zelf zal het boorgat niet instorten.

Zodra de boor is opgedoken op het andere uiteinde van het traject vervangt men de boorkop door een zogeheten opruimer. Een rond blok met tanden wordt draaiend teruggetrokken aan de boorkolom. Achter de opruimer aan wordt een lange mantelbuis (of drie smallere tegen elkaar aan) de grond in getrokken. De vrijkomende grond belandt in het vloeibare bentoniet en kan daar samen mee worden opgezogen aan dezelfde zijde als waar de mantelbuis mee omlaag getrokken wordt. Tijdens het terugtrekken schroeft men de boorkolom uiteen in losse boorstangen en als de boring klaar is duikt de opruimer samen met de mantelbuis op aan de zijde van de boormachine. De boring is klaar en in de mantelbuis kunnen kabels worden gestoken zonder dat het gebied waar onderdoor is geboord er ook maar iets van verneemt.

Het intrekken van een mantelbuis nadat de boring zelf is verricht. De boor wordt teruggetrokken en achter de opruimer glijft een grote kunststofpijp als een overmaatse anaconda in een gat vol bentoniet, om aan de andere kant weer op te duiken. Foto door Hans Nienhuis.

Je kan er niet bij

Nu is gestuurd boren niet op alle vlakken zaligmakend. Doordat je kabel zo diep zit kan je er niet bij als er een probleem is. Hij ligt per geboord gedeelte in een mantelbuis en in sommige gevallen kan je een defect geraakte kabel wel uit de buis trekken en vervangen, maar dit is niet altijd mogelijk. Daar staat tegenover dat zo’n kabel op tien meter diepte alleen stuk kan gaan door spontane kabelstoringen (waterbomen bij XLPE of een fabricagefout), want erin graven zal op die diepte niet gebeuren – of toch wel?

In een stadse omgeving worden aardpennen diep de grond in geslagen, er worden heipalen geslagen en waterbronnen geslagen. Het komt weinig voor, maar een ingeboorde kabel kan dus toch beschadigd worden omdat op de grond geen enkel teken aanwezig is dat er op tien meter diepte wat ligt.

   

Ingeboorde mantelbuizen. Hier worden geleiders in getrokken, maar voordat dat gebeurt graaft men nog wel de uiteinden een stukje in de grond zodat er geen dingen blijven uitsteken. Bij de boring op de rechterfoto zijn er vier buizen tegelijk in de boorgang ingetrokken, drie voor fasedraden en eentje op reserve, of voor bijvoorbeeld telecom van de netbeheerder zelf. Foto’s door Johan Swank en Gerard Nachbar.

In de mantelbuis kan je alleen maar drie geleiders steken als je een gebundelde kabel gebruikt met alle drie fasen in één fysieke kabel, of drie éénfasekabels die in een driehoekvorm of trefoil aan elkaar zijn verbonden. In beide gevallen liggen de geleiders zo dichtbij elkaar dat ze veel te duchten hebben van elkaars magneetvelden en ook van elkaars warmte. De capaciteit van grondkabels in trefoil is daardoor kleiner dan wanneer ze in vlakke vorm op enige afstand van elkaar zijn gelegd. Ook is warmteafvoer dieper in de grond lastiger en er is geen grondverbetering mogelijk. De geleiders verder uit elkaar leggen betekent drie parallelle HDD-boringen zetten. Dat maakt het weer duurder en arbeidsintensiever.

HDD neemt de markt over

Ondanks deze beperkingen tijdens het operationeel gebruik van de kabel heeft gestuurd boren als aanlegmethode sinds de eeuwwisseling een snelle opmars gemaakt in de hoogspanningswereld. Inmiddels heeft gestuurd boren qua aantal aangelegde meters de leidende positie van open ontgraving zelfs overgenomen.

Voor een gestuurde boring is minder overleg nodig met grondeigenaren, minder papierwerk, minder werkvergunningen en er zijn na oplevering vrijwel geen gebruiksbeperkingen bovenop de kabelstrook (okee, sla je heipalen er niet in en prik er geen andere boring doorheen). Minder logistiek gedoe met grond en graafmachines geeft minder overlast tijdens de aanleg. Daardoor is het ook sneller en goedkoper. Dat is in tijden waarin veel meters kabel met grote snelheid moeten worden gelegd een pluspunt. Het werkpersoneel kan maar op één plek tegelijk zijn. Arbeidskracht is schaars en prijzig zodat snelheid niet alleen voor de gevraagde netuitbreidingen, maar ook in het bedrijfsproces zelf een troef is.

Projectkaartje van Tennet en Heijmans voor de aanleg van een grondkabel tussen Graetheide en Lutterade. De blauwe stukken zijn open ontgravingen, de gele zijn boringen. Tien jaar geleden zou je alleen geel hebben gezien onder de provinciale weg door. Er zijn intussen ook plekken waar je eigenlijk alleen maar geel ziet, zoals bij een soortgelijke kabelaanleg in de omgeving van Schiphol. Graven wordt snel zeldzamer.

Wie heeft de langste

Gestuurd boren is nog niet uitontwikkeld. Steeds grotere boorlengtes worden mogelijk, op steeds meer plekken en bodemsoorten. Uiteraard is het tussen bedrijven zoals (maar niet uitsluitend) Van Vulpen, Van Gelder, Alsema, Heijmans en Triton een beetje een spel geworden wie de volgende primeur pakt. Elektrisch boren, een grotere diameter, nog sneller of preciezer, het is allemaal wel leuk, maar net als bij puberende jongens in de kleedkamer komt het echte spelletje bij HDD eigenlijk maar één ding neer: wie heeft de langste.

In de late jaren 10 werd een recordboring gezet dwars onder het Grevelingenmeer door om Middelharnis aan te sluiten op het 150 kV-niveau. Vijf kilometer water was wat teveel van het goede, maar twee stukken van tweeënhalve kilometer kon wel. In het midden van het meer werd een tijdelijke werkput gemaakt tussen een stel damwanden, waar een soort grote kroonsteen kon worden geplaatst. Vanaf beide kanten werd er vanaf de vaste wal naar die plek toe geboord. Nadat de mantelbuizen op hun plek zaten konden de kabels erin worden getrokken en aan elkaar worden verbonden.

Tracé van Geervliet – Middelharnis 150 kV. De Grevelingenkruising bestaat uit twee tweeënhalve kilometer lange boringen die in het midden op een tijdelijk werkeiland bij elkaar kwamen.

Een andere primeur was de aanleg van een verbinding in zijn geheel met één enkele heel lange boring. Dat gebeurde in 2022 en 2023 met de aansluiting van IJburg 150/20 kV. Dit nieuwe station ligt op slechts anderhalve kilometer van trafostation Diemen, maar het leek de netbeheerders het beste om de 150/20 kV trafo’s in de buurt van de nieuwe woonwijk zelf op te stellen. Men kon dan volstaan met twee 150 kV-kabels in plaats van een veelvoud aan 20 kV-kabels die ook nog meer netverlies zouden hebben.

Anderhalve kilometer stelt voor een hoogspanningskabel geen fluit voor. Maar op die anderhalve kilometer moesten wel twee waterwegen, een autoweg, een bos en een waterkering worden gekruist. Een ontgraving zou veel gedoe zijn en men besloot het te wagen om de volledige tracélengte als één enkele gestuurde boring aan te leggen. Drie parallelle boringen werden gemaakt, elk met vier mantelbuizen erin, en twee van die boringen werden van kabels voorzien. De derde set buizen is aangelegd op de groei.

Zo blijkt een techniek afkomstig uit de delfstoffenexploratie zich te hebben ontwikkeld tot een fijn gereedschap in onze leefwereld. Sterker, zonder gestuurd boren zou uitbreiding van het elektriciteitsnet in stedelijke omgevingen niet mogelijk zijn in de snelheid die we momenteel nastreven.