張 沖

(上海康益海洋工程有限公司 上海 200438)

0 引言

海底電纜的敷設(shè)，遠(yuǎn)比在陸地上敷設(shè)電纜困難。海上作業(yè)需要克服大風(fēng)、深水、激流、濃霧、穿越五大困難，再加上海上天氣多變、風(fēng)浪大、海底能見度低，大大增加了海纜敷設(shè)的難度。目前,在國內(nèi)沿海海上風(fēng)電項(xiàng)目海纜施工過程中,主要采用“邊敷邊埋”沖埋式埋設(shè)犁施工法———通過埋設(shè)犁(水力開溝機(jī))泵送高壓水,在海底沖出一條溝槽的同時(shí)，將海纜平鋪下去,然后利用在潮汐作用下海床面自行回填(必要時(shí)采取壓蓋保護(hù)施工)。主要施工步驟包括:埋深施工船錨泊就位→纜盤內(nèi)電纜提升→電纜放入甲板入水槽→電纜放入埋設(shè)機(jī)腹部→投放埋設(shè)機(jī)至海床面→牽引施工船敷埋電纜→回收埋設(shè)機(jī)至船甲板→終端登陸升壓站/ 換流站平臺(tái)[1]。但該方法的施工限制因素較多，施工風(fēng)險(xiǎn)也較大。隨著海上風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展，長距離的海纜敷設(shè)項(xiàng)目也越多，現(xiàn)有的施工方法很難保證其施工質(zhì)量和安全，改進(jìn)現(xiàn)有的施工方法是目前亟需解決的問題。

1 邊敷邊埋施工限制因素分析

當(dāng)前，由于海纜施工業(yè)務(wù)主要集中在風(fēng)電市場內(nèi)，受國家電價(jià)補(bǔ)貼政策影響，此類項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃有明確節(jié)點(diǎn)要求，如超出工期，參建單位與業(yè)主都會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，在確保安全和質(zhì)量的前提下，控制施工工期，成為各方節(jié)約項(xiàng)目成本、確保營收的關(guān)鍵一環(huán)。而邊敷邊埋限制因素較多，主要分為以下兩個(gè)方面：

(1)海纜長度

隨著風(fēng)電建設(shè)，在國內(nèi)主要參與省份近海海域內(nèi)已趨近飽和，施工設(shè)備和技術(shù)力量在先前建設(shè)中已經(jīng)有了長足的提升，風(fēng)電建設(shè)逐漸向資源更加豐富的遠(yuǎn)海發(fā)展。單回路長度從10 km逐步發(fā)展到20 km、30 km……截至目前，海纜施工單回路總長度可達(dá)100 km(加裝兩個(gè)現(xiàn)場硬接頭后，施工單根長度約33 km)。隨著海纜長度的增加，海纜路由水深也逐步加深，這些區(qū)域海纜的敷設(shè)施工困難甚至無法采用傳統(tǒng)的邊敷邊埋施工。

(2)土質(zhì)及海況

在現(xiàn)有船機(jī)設(shè)備水平及地質(zhì)、海況條件良好的情況下，施工工期與施工長度基本呈正比增長；而施工長度一定，地質(zhì)及海況在船機(jī)設(shè)備施工能力范圍內(nèi)，工期受其影響不大。一旦超出其能力范圍，施工工期將大幅度增長。具體關(guān)系如圖1所示。

圖1 工期與影響因素(施工長度、地質(zhì)/海況)關(guān)系示意圖

海纜開始施工后，基本呈連貫、線式進(jìn)行。因此，在不破壞海纜的情況下，施工窗口期同樣需要連續(xù)幾天良好的海況。然而，在海上風(fēng)電建設(shè)正如火如荼開展的區(qū)域，滿足此要求的時(shí)間少之又少。以廣東陽江施工項(xiàng)目為例，每年到6、7月份之后到10月底前，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，才可能出現(xiàn)施工窗口期?？此茣r(shí)間不短，但這個(gè)時(shí)期是臺(tái)風(fēng)頻繁登陸的季節(jié)，導(dǎo)致作業(yè)天數(shù)進(jìn)一步縮短。受合同制約，船機(jī)設(shè)備按照約定進(jìn)場后，為了等待施工窗口期，長時(shí)間在現(xiàn)場等候，造成嚴(yán)重窩工。

在長距離的海纜路由上，往往也存在不同的海底地質(zhì)，可能是淤泥、砂、黏土、粉土或者巖石。而邊敷邊埋的施工工藝在埋設(shè)施工過程中，不能進(jìn)行埋設(shè)機(jī)更換，因此很難適應(yīng)不同地質(zhì)條件的埋深作業(yè)。

2 ROV后沖埋敷設(shè)施工

2.1 ROV后沖埋系統(tǒng)介紹

為了改變這種窘境,現(xiàn)階段考慮借助ROV 來進(jìn)行海纜敷設(shè)施工。ROV,即遙控?zé)o人潛水器(RemoteOperated Vehicle),無人水下航行器(Unmanned UnderwaterVehicle,UUV)的一種[2]。

ROV后沖埋系統(tǒng)是近年來研發(fā)的專門進(jìn)行長距離高壓海纜先敷后埋的施工工藝。所謂“后沖埋”，即敷設(shè)階段，利用布纜機(jī)、船舶自身DP動(dòng)力定位系統(tǒng)以及海纜自重，按照設(shè)計(jì)路由要求，只對(duì)海纜進(jìn)行拋放，由此節(jié)省下大量埋深施工的時(shí)間，具有提高作業(yè)安全性和靈活性等特點(diǎn)。系統(tǒng)組成一般包括：動(dòng)力推進(jìn)器、遙控電子通訊裝置、黑白或彩色攝像頭、攝像俯仰云臺(tái)、用戶外圍傳感器接口、實(shí)時(shí)在線顯示單元、導(dǎo)航定位裝置、自動(dòng)舵手導(dǎo)航單元、輔助照明燈等單元部件。

一般情況下，ROV布置于DP施工船的船艏。通過對(duì)ROV系統(tǒng)進(jìn)行電力和機(jī)械連接。在ROV控制間、打樁控制間、起重吊車控制間之間建立ROV視頻/音頻信號(hào)連接，進(jìn)一步將ROV控制室接入作業(yè)船GPS中心的定位信號(hào)，建立與作業(yè)船駕駛臺(tái)、打樁控制間、起重吊車控制間之間的通訊。

ROV上裝載沖埋水槍2只水槍臂，位于海纜的兩側(cè)每只水槍可單獨(dú)運(yùn)動(dòng)間距可調(diào)500 mm范圍內(nèi)，相對(duì)水下環(huán)境的水壓最大10～15bar，最大流量560 m3/h，沖埋水槍噴射口前、后、下方向。

2.2 ROV關(guān)鍵施工要點(diǎn)

施工前，應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行安裝、調(diào)試。對(duì)ROV各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)、系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行檢查，確保滿足后埋深需要。隨后通過ROV母船DP動(dòng)力定位系統(tǒng)(圖2)控制ROV，到達(dá)纜線拋放或淺埋位置。

圖2 DP施工船推進(jìn)器系統(tǒng)及動(dòng)力定位控制系統(tǒng)

ROV施工時(shí)，在海纜附近路由上，將ROV在工作點(diǎn)附近放入水中，打開水下照明、水下攝像、TSS440磁探儀(一種采用電脈沖感應(yīng)原理的水下金屬探測工具，在水下能找到埋地10 m的金屬管道或電纜)、聲吶、信標(biāo)等檢測設(shè)備，投放過程如圖3所示。

圖3 ROV投放示意圖

根據(jù)TSS磁探儀和定位系統(tǒng)的信號(hào)，將ROV移動(dòng)到工作點(diǎn)的起始位置海纜正上方，放下水槍，確保海纜在水槍中間，打開水泵，按照TSS磁探儀和定位系統(tǒng)的信號(hào)，以每小時(shí)100 m～200 m的速度移動(dòng)ROV。為了ROV的操控和效果更佳的海底能見度，通常ROV前進(jìn)的方向與海底暗流的方向相反。

施工至對(duì)應(yīng)的結(jié)束位置，關(guān)閉水泵，收起水槍，ROV轉(zhuǎn)動(dòng)180°后，移動(dòng)至上一次沖埋結(jié)束的位置，放下水槍，確保海纜在水槍中間。打開水泵，按照TSS和定位系統(tǒng)的信號(hào)以固定速度移動(dòng)ROV，直至上一次的開始位置。至此完成往復(fù)一次沖埋施工，確保海纜埋深滿足施工質(zhì)量要求。

通過分段沖埋，最終完成整段海纜后埋深施工。

3 項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例

目前已在海南聯(lián)網(wǎng)二期項(xiàng)目及浙能嘉興一號(hào)海上風(fēng)電項(xiàng)目中，成功應(yīng)用此種工法進(jìn)行海纜后埋深施工。

3.1 海南聯(lián)網(wǎng)二期項(xiàng)目

海南聯(lián)網(wǎng)二期工程是我國重點(diǎn)工程，工程起于廣東500 kV湛江港城變電站，止于海南500 kV福山變電站。共設(shè)4根500 kV超高壓海底電纜、充油式絕緣電纜，穿越瓊州海峽，單根長度達(dá)32 km，是目前世界上單根最長的500 kV交流海底電纜。

施工船主要負(fù)責(zé)淺灘段的敷設(shè)作業(yè)，在距岸邊6 km左右的地方就位，沿著海纜路由向岸邊敷設(shè)，在距離海岸1 km左右將海纜懸掛在浮球上，通過岸上的牽引機(jī)牽引上岸，然后拆除浮球，使電纜下沉到電纜溝槽里。最后利用TC400ROV，對(duì)此段1 km海纜進(jìn)行后沖埋施工，確保海纜埋設(shè)深度滿足設(shè)計(jì)要求，保障海南島正常供電。

3.2 浙能嘉興1號(hào)海上風(fēng)電項(xiàng)目

嘉興1號(hào)海上風(fēng)電場項(xiàng)目登陸點(diǎn)，位于獨(dú)山港區(qū)2號(hào)泊位棧橋西側(cè)約1100 m的海堤處。其西側(cè)約60 m為寧波-上海-南京進(jìn)口原油管道登陸點(diǎn)，東側(cè)規(guī)劃為獨(dú)山港區(qū)A區(qū)規(guī)劃8#泊位，兩側(cè)距離最窄處僅150 m，且由于臨近項(xiàng)目——華能嘉興二號(hào)、嵊泗二號(hào)規(guī)劃路由也在該通道通過。為保證現(xiàn)有石油管線安全，同時(shí)為規(guī)劃8#泊位留有施工安全區(qū)域，因此，實(shí)際3個(gè)項(xiàng)目6根海纜，敷設(shè)寬度為20.3 m，施工難度極大。

項(xiàng)目施工過程中，在海纜拋放階段，通過合理設(shè)計(jì)錨位——定位錨拋在管線外側(cè)時(shí)，距離最西側(cè)油管的安全距離至少150 m；錨位拋在在油管內(nèi)側(cè)時(shí)，距離最東側(cè)管線的安全距離至少100 m。根據(jù)施工船錨泊系統(tǒng)的配置，靠近油管側(cè)兩臺(tái)錨機(jī)鋼絲繩長度均為1200 m。考慮預(yù)留、損失長度以及水深情況，拋錨距離不少于1000 m,錨位設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場錨位設(shè)計(jì)圖

最后，再使用ROV母船搭載ROV——TC400，對(duì)拋放段海纜進(jìn)行后埋深施工，確保埋設(shè)深度滿足設(shè)計(jì)要求。

4 主要風(fēng)險(xiǎn)及針對(duì)性措施

4.1 拋放施工增大海纜受損可能

受海況影響，海纜拋放后，后埋深施工大概率不能繼續(xù)施工，海纜會(huì)暴露在海床面上一段時(shí)間，這段時(shí)期內(nèi)存在過往船舶臨時(shí)拋錨的可能，海纜遭到破壞的概率增大。

針對(duì)性措施：對(duì)施工區(qū)域加強(qiáng)警戒，同時(shí)積極與當(dāng)?shù)睾Ｊ卤O(jiān)管部門取得聯(lián)系，條件允許的情況下，提供海纜拋放路由及保護(hù)方位，警示過往船舶，防止發(fā)生意外。

4.2 ROV與船舶推進(jìn)器絞結(jié)

相比較大多數(shù)無自航能力工程船舶，采用錨系固定，以及能在有限范圍內(nèi)通過絞放錨纜移動(dòng),DP船在動(dòng)力定位工作時(shí)船艏、船尾以及船左右舷兩側(cè)都有推進(jìn)器在工作。ROV下水作業(yè)中最大的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是臍帶纜或ROV被吸進(jìn)船推進(jìn)器內(nèi)，被切斷絞毀[3]。

針對(duì)性措施：整個(gè)施工過程中，要全程關(guān)注ROV及臍帶纜姿態(tài)、與母船推進(jìn)器位置，發(fā)現(xiàn)有靠近趨勢，可通過控制系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整，保證船機(jī)設(shè)備安全。

5 結(jié)語

ROV后沖埋施工工法的使用具有以下兩個(gè)意義：

(1)解決了船機(jī)設(shè)備長期窩工的困境——把大長度埋設(shè)作業(yè)，拆成分段分時(shí)作業(yè)，提高作業(yè)的安全性和靈活性，敷設(shè)施工工期大大縮短，船機(jī)設(shè)備窩工的現(xiàn)象也得到進(jìn)一步緩解。

(2)能夠更好地解決不同地質(zhì)下海底電纜的埋深。根據(jù)事先的路由勘測報(bào)告，在不同的地質(zhì)段匹配不同的埋深設(shè)備，將電纜埋深到位。

我國海岸線綿長，根據(jù)目前沿海地區(qū)的發(fā)展需求，海底電纜今后應(yīng)用將會(huì)更加廣泛，由此將帶來更加復(fù)雜的施工環(huán)境。隨著對(duì)ROV施工技術(shù)的深入掌握，后續(xù)將依托項(xiàng)目施工，對(duì)海纜現(xiàn)場硬接頭安裝及深海海纜后沖埋施工領(lǐng)域進(jìn)行拓展。