紀立軍?陶偉

摘 要：海上風電場樁基水下結構及海纜長期承受各種荷載、高水流作用，在經(jīng)過長期運行后，安全檢測問題日益突出。鑒于海上風電場水下工程質(zhì)量的嚴峻性及對海上風電場后期運維的重要性，本文詳細介紹了海上風電場樁基水下結構及海纜接入端檢測的工作方法，并分析了海上風電場樁基結構與海纜接入端的檢測實例，提出了相關意見。

關鍵詞：海上風電;圖像聲吶;潛水探摸;海纜接入端

中圖分類號：TM614;TU753文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）05-0038-03

Abstract： After long-term operation， the problem of safety detection becomes increasingly prominent. In view of the seriousness of the quality of the underwater engineering of offshore wind farm and the importance of the later operation and maintenance of offshore wind farm， this paper introduced in detail the detection methods of the pile foundation underwater structure and the submarine cable access end of offshore wind farm， analyzed the detection examples of the pile foundation structure and the submarine cable access end of offshore wind farm， and put forward some relevant opinions.

Keywords： offshore wind power;image sonar;diving exploration;submarine cable access end

海上風電場樁基水下結構及海纜接入端檢測工作事關風電樁基安全，因此，加強對其的檢測十分重要。對于海上風電場，由于水域環(huán)境的復雜性和水下病害的隱蔽性，需要關注的安全問題與樁基水上部分有很大不同。海上風電場樁基的安全質(zhì)量問題主要包括樁基受水流沖刷問題、樁基結構及海纜接入端的狀況等。為了檢測和預警此類問題，需要采用不同的技術手段。但目前，國內(nèi)仍然采用潛水員探摸攝像的方式開展樁基結構及海纜接入端的檢測。本文介紹一種利用聲吶技術與潛水探摸或遙控無人潛水器（Remote Operated Vehicle，ROV）相結合的方式，從宏觀和微觀方面，詳細檢測樁基結構及海纜接入端的水下狀況，并通過工程實例應用說明其適用性和推廣價值。

1 樁基結構及海纜接入端檢測的方法

1.1 水下結構的直接觀察檢測

目前主要使用潛水員和水下機器人（主要是ROV）進行水下結構檢測，包括檢測J型管喇叭口海纜情況、海生物附著情況、防沖刷保護措施的有效性等。工作時一般要求海水流速在2節(jié)以下且水體透明度較好。

目視檢查（又稱I級檢測）是最基本的檢驗方法[1]。它是通過潛水檢驗員用手及簡單的測量工具，并結合水下錄像等手段，去觀察和記錄表面所能發(fā)現(xiàn)的問題，對被檢結構進行表面檢查的一種方法。利用該方法可詳細觀察結構表面是否被重物擊傷或存在扭曲、彎曲、凹凸變形等情況，并對犧牲陽極和海生物的分布進行檢查。當需要進行詳細測量（如測量海生物覆蓋厚度、犧牲陽極電位、損傷大小等）時，一般需要通過潛水員進行，或采用有水下吸附能力或水下固定能力的ROV進行。

通過潛水員或ROV進行水下檢測時，還要根據(jù)水質(zhì)清濁程度，選擇合適的攜帶設備。在水體透明度較好時，可攜帶光學攝像機進行檢查，如果水體比較渾濁，可攜帶高頻的二維圖像聲吶進行檢測[2]。

1.2 水下結構的間接掃描檢測

水下結構的間接掃描檢測主要包括多波束掃測（傾斜安裝掃測）、水下三維掃描聲吶掃測和水下三維激光掃描儀掃測等方式[3]。

聲學多波束測深一直是局部沖刷監(jiān)測最常采用的一類技術。按照具體實施方式的不同，可以將多波束測深沖刷監(jiān)測分為固定式和移動式兩類。固定式多波束測深沖刷監(jiān)測方式是利用固定在樁基上的測深裝置對其附近的局部沖刷實施無人值守、不間斷監(jiān)測，而移動式多波束測深沖刷監(jiān)測方式則主要是通過水上載體攜帶測深裝置實現(xiàn)對局部沖刷的定期監(jiān)測。多年的工程實際應用表明：聲學多波束測深沖刷監(jiān)測具有精度高、工作穩(wěn)定、可操作性好、能實現(xiàn)對沖刷發(fā)展全過程的實時監(jiān)測等諸多優(yōu)點。水下三維掃描聲吶具有混濁水環(huán)境下工作能力強、量程較大等優(yōu)勢[4]。水下三維激光掃描儀量程相對較小，但在較好的水體環(huán)境下，其掃測精度遠高于水下三維掃描聲吶，掃測精度主要受水體透明度、環(huán)境背景光線、表面材料、到目標的距離等因素的影響。

水下結構精密掃描的作業(yè)方式主要為定點安裝式。定點安裝式為單站固定位置掃測，在海底流速較小時，通過控制云臺旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對目標物不同角度的掃描，獲得掃描區(qū)域三維點云數(shù)據(jù)。多站掃測結束后通過專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件進行拼接，形成最終的三維點云圖[5-6]。

2 海上風電場樁基結構及海纜接入端檢測案例

本文研究的海上風電場位于如東縣近海海域，于2016年4月25日正式開工建設，2016年12月23日首臺機組并網(wǎng)發(fā)電，2017年9月30日正式進入商業(yè)運營。風電場海域水體渾濁，故無法采用目視及光學攝像機對樁基結構及海纜接入端細節(jié)進行檢測，只能采用聲學的方法進行檢測。通過綜合比較，本工程采用潛水員手持高頻二維圖像聲吶及船載三維實時圖像聲吶設備對樁基結構及海纜接入端進行系統(tǒng)檢測。

本次工程對如東八仙角風場的70臺風機及2座海上升壓站進行了檢測，檢測內(nèi)容主要是對樁基的海纜接入端情況進行掃測及探摸。接下來對本項目6#樁的檢測結果進行分析。

2.1 樁基海纜接入端三維圖像聲吶掃測情況

通過船載三維實時圖像聲吶系統(tǒng)掃測6#樁基海纜接入端情況，獲得6#樁基的海纜接入端聲吶圖像，如圖1所示。從圖1可以看出，J型管喇叭口距離泥面高度8.04 m，6#到5#海纜入泥端距離喇叭口的水平距離為13.59 m，6#到7#海纜入泥端距離喇叭口的水平距離為6.00 m。6#到5#海纜懸空段整體呈東西走向，海纜走向同J型管喇叭口的指向呈大角度。6#到7#海纜整體呈南北走向，海纜走向同J型管喇叭口的指向一致。

2.2 樁基海纜接入端潛水員探摸與檢測情況

通過潛水員手持高頻二維圖像聲吶系統(tǒng)掃測6#樁基海纜接入端情況，獲得6#樁基連接5#和7#樁基的海纜的J型管喇叭口、中心夾具及彎曲保護裝置的狀況的聲吶圖像，具體如圖2所示。

通過探測可知，從6#到5#，中心夾具在J型管中，未脫落;探摸至海纜入土端，未發(fā)現(xiàn)彎曲限制器;海纜無破損，海生物附著在海纜上。但是，6#到5#海纜接入端彎曲限制器缺失。從6#到7#，中心夾具在J型管中，未脫落;中心夾具同第一、二節(jié)彎曲限制器相連接，第二節(jié)彎曲限制器同第三節(jié)彎曲限制器間斷開，斷開距離約2.5 m;彎曲限制器長度約5 m;海纜無破損;彎曲限制器上有海生物附著。但是，6#到7#海纜接入端存在彎曲限制器脫開的問題。

圖3是6#機組海纜接入端雙頻聲吶掃測圖。從圖中可知，6#到5#海纜在接入端同喇叭口朝向有較大夾角，6#到7#海纜位置正常。

2.3 建議

隨著ROV技術的快速發(fā)展，未來可利用大中型ROV搭載二維或者三維圖像聲吶對樁基結構及海纜接入端進行檢測，減少潛水員的水下作業(yè)的風險。

從海纜接入端掃測情況可知，6#和5#接入端處海纜同喇叭口夾角較大，且彎曲限制器缺失;6#到7#接入端處海纜走向正常，但存在彎曲限制器斷開的問題。

對于6#到7#海纜彎曲角度過大，彎曲限制器缺失的情況，應密切關注海纜的健康狀態(tài)，及時開展海纜治理工作。

3 結語

通過三維實時圖像聲吶對樁基海纜接入端的水下狀態(tài)進行掃測，獲得高精度三維立體水深點云數(shù)據(jù)，可以分析海纜的走向、入泥角度等重要信息;通過潛水員手持高頻二維圖像聲吶對海纜接入端的J型管喇叭口及海纜保護裝置進行檢測，獲得高分辨率的聲吶圖像，可以分析海纜與喇叭口的夾角及彎曲保護裝置的完好情況。經(jīng)過實際應用證明，對樁基結構及海纜接入端的檢測非常必要，通過檢測與探摸，可以讓海上風電場的水下質(zhì)量可視化。這些檢測工作為海上風電場水下工程質(zhì)量提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻：

[1]房世龍，施小飛，倪飛.橋墩局部沖刷遠程實時監(jiān)測技術研究進展[J].公路工程，2015（6）：88-95.

[2]孫明皓.基于重力驅(qū)動磁傳感的河床沖刷監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].濟南：山東大學，2019：1-4.

[3]胡衛(wèi)震.水下無損檢測技術的應用研究[J].科學與信息化，2018（28）：10.

[4]陳曉輝.面向海洋工程水下結構檢測的ROV研制問題的標準分析[J].中國標準化，2016（24）：201.

[5]馬賀.水下機器人在警務工作中的應用[J].中國安全防范技術與應用，2018（5）：28-31.