張高建，唐金明

（中交三航（上海）新能源工程有限公司，上海 200137）

0 引言

隨著海上風電產業(yè)的迅速發(fā)展,海底輸電電纜敷設成為至關重要的工程技術[1]，而潮間帶海上風電場受水深條件限制，導致需要候潮施工，大大增加了潮間帶海上風電場的施工難度。依托江蘇某潮間帶海上風場35 kV海纜敷設項目進行研究，該風場既有大面積高灘，又有深溝槽，地形復雜。單根海纜長短不一，長度為803～6916 m，該風場采用的海纜船敷設和挖機牽引敷設相結合的施工工藝，取得了較好的效果，可為類似項目的施工提供參考。

1 依托工程

江蘇某潮間帶海上風電場項目位于江蘇省管區(qū)的竹根沙海域，離岸距離約40 km。風電場范圍內海底高程在0～12.0 m，低平潮大部分區(qū)域露灘。水深條件較為復雜，深淺不一，溝槽明顯，具有典型的輻射沙洲地形特征。場區(qū)內地基土表層以粉砂、粉土為主。場內20#機位最深，泥面標高-5.7 m，此處為最深的一處溝槽，沖刷最為嚴重；31#機位最淺，泥面標高+0.7 m，此處為最高的一處高灘，隨著海床的沖涮，有緩慢堆積增高趨勢。本風場35 kV海纜分為8個回路，各聯(lián)合單元由1回35 kV集電線路接至220 kV海上升壓站，35 kV海底電纜路由長約79.595 km。海纜共計50根，最長1根纜為七回路首纜，即升壓站與24#風機間海纜，長度為8325 m，最短的海纜長度為803 m。

2 方案預選

根據本風場35 kV海纜設計路由及泥面標高情況，以海纜敷設船吃水1.8 m計算，對潮間帶船舶浮態(tài)作業(yè)時間進行分析。泥面標高大于-1.5 m的機位，每個潮水船舶坐底時間超過6 h以上，在本風場中共有44個機位。泥面標高小于-1.5 m的機位，每個潮水船舶可浮態(tài)作業(yè)約6 h，在本風場中共有6個機位。

方案一：浮態(tài)施工，選擇淺吃水海纜船，分4次接纜施工，減少載貨重量，船舶浮態(tài)時進行海纜敷設施工作業(yè)，坐底后停止作業(yè)。

方案二：浮態(tài)＋露灘施工，選擇吃水淺的海纜船，分2次接纜，船舶浮態(tài)時進行海纜敷設施工作業(yè)，露灘后挖機牽引海纜進行敷設。

通過綜合分析比較，雖然方案一經驗成熟，相對安全可靠，但接纜次數(shù)增加、船舶浮態(tài)作業(yè)時間短，工效較低。方案二中雖然露灘牽引海纜對海纜的保護要求更高，但通過技術手段可以實現(xiàn)，可在海床露灘后繼續(xù)海纜牽引施工作業(yè)，可大大提高工效。因此以方案二作為該風場的主要施工方案。

3 設備選型

3.1 船舶選型

考慮本風場水深較淺，采用非自航海纜施工船。船舶空載吃水1.6 m，滿載吃水2.5 m。底艙除主機艙外，還布置發(fā)電機艙，主甲板布置纜盤以及海纜施工設備，除敷設、埋設海纜作業(yè)外，該船還配備海纜檢測、搶修和打撈的機具和設備，快速機動，可滿足淺灘風場海纜的敷設施工要求。

本風場35 kV海纜8個回路，共計重約2800 t。如果該船分4次接纜時，每次載纜約700 t，此時吃水約1.8 m。如果該船分2次接纜時，每次載纜約1400 t，吃水約2.4 m。考慮施工方案的匹配，選擇分2次完成海纜接纜工作，此時船舶吃水約2.4 m，船舶參數(shù)詳見表1。

表1 船舶參數(shù)表

3.2 挖機選型

考慮潮間帶水深情況，優(yōu)先選用水陸兩棲挖掘機。此類挖機是適用于陸地、沼澤軟地面及淺水區(qū)作業(yè)環(huán)境的新型多用途挖掘機。行走裝置采用多體船式浮箱結構及密封箱形履帶板，能在淤泥及水面安全行走與作業(yè)。

該挖機可用于在本風場露灘的海床上進行海纜溝的開挖工作，鏟斗容量0.91 m3。同時該挖機在露灘海床上低速行走時，牽引力可達110 kN，可在露灘的海床上拖拉海纜行走，將海纜拖拉至指定位置，具體參數(shù)見表2。

表2 挖機參數(shù)表

4 主要施工工藝

4.1 船舶浮態(tài)施工工藝

敷纜船浮態(tài)時，采用牽引錨進行移位，敷設海纜，施工總平面布置圖見圖1。船舶浮態(tài)施工主要工藝步驟包括：敷纜船進點-海纜登陸始端風機-埋設犁下水-牽引敷設-抵達末端風機-調整船位-回收埋設犁-海纜登錄末端風機-敷纜船撤點。

圖1 敷纜船施工總平面布置圖

根據風機套籠“J”型管管口朝向，由錨艇綁拖海纜船進點機位，拋4個定位錨后絞錨調整敷纜船船位使入水槽面向登風機一側。

電纜封頭防水處理，安裝網套，然后與牽引鋼纜連接。測量入水槽距風機接線柜的距離，在設計登陸風機海纜長度的末端安裝彎曲限位器及中心夾具進行保護，以防護海纜表面受損壞。電纜用布纜機送至入水槽，拖曳鋼絲繩一端經過埋設機的專用電纜通道及風機通道，穿過預先設于風機通道上方的轉向滑輪后，再絞于船上絞車錨頭上。啟動卷揚機牽引電纜頭，使其緩緩進入“J”型管并向上提升，直至彎曲限制器與“J”型管喇叭口完全貼合。海纜通過風機基礎通道引入風機塔筒配電柜前，考慮到以后更換電纜終端，預留一定長度作為備用。

起吊埋設犁，使其緩緩脫離停放架。將海纜裝入埋設犁腹部，關上門板并在埋設犁海纜出口處設置吊點，以保證投放埋設犁時海纜的彎曲半徑，緩緩降落埋設犁使其平穩(wěn)的擱置于海床面。

啟動高壓水泵、埋深監(jiān)測系統(tǒng)，啟動牽引卷揚機，其中4個定位錨保證敷纜船沿著海纜設計路由作業(yè)，一個牽引錨控制敷纜船的前進速度。作業(yè)過程中拖輪綁扎在敷纜船一側輔助其控制方向，交通船在海纜路由上巡航，錨艇負責翻運4個定位錨至指定坐標，直至抵達末端風機。

4.2 露灘挖埋施工工藝

露灘施工主要采用挖機牽引，邊敷邊埋[2]的施工方式，見圖2。工藝步驟為：敷纜船進點-挖機牽引海纜-抵達末端風機-海纜登陸始末端風機-挖埋海纜。

圖2 露灘挖埋海纜作業(yè)示意圖

根據風機套籠“J”型管管口朝向，由錨艇綁拖海纜船進點機位，拋4個定位錨后絞錨調整敷纜船船位使入水槽面向登風機一側。

落潮后手持定位器于設計海纜路由上安置海纜牽引小車，減少牽引海纜時的摩擦力。電纜封頭防水處理，安裝網套，然后與牽引鋼絲繩連接，由挖機牽引著海纜沿著牽引小車向末端風機牽引，海纜依靠牽引小車向前滾動直至抵達末端風機。

海纜始端由船上卷揚機牽引電纜頭，海纜末端由挖機牽引，使其緩緩進入“J”型管并向上提升，直至彎曲限制器與“J”型管喇叭口完全貼合。

在牽引到位的海纜旁5 m距離（絕對安全距離）用水陸兩棲挖機挖溝，深度至少3 m。其中每臺挖機配挖機操作工1名、輔工1名、安全監(jiān)督（職責：監(jiān)管現(xiàn)場作業(yè)人員、海纜的安全）1名。挖好溝后再把海纜拉進纜溝并進行填埋。

5 浮態(tài)作業(yè)埋深與速度控制

海纜施工設計要求埋深一般不小于3 m，為了確保浮態(tài)作業(yè)時敷設海纜的埋深復合要求，需要對埋設犁水刀與海床面角度進行核算并調節(jié)設置。同時根據不同的海床地質，也要控制好行進速度高壓水泵壓力，以滿足水刀沖出足夠深的溝槽，確保埋深復合設計要求。

5.1 埋深控制

埋設海纜時，埋設犁雪橇板緊貼海床面前進，海纜埋設深度也就是埋設犁水力開溝刀插入土體的實際深度。該深度通過變幅水力開溝刀調節(jié)，埋設深度可在0～3.5 m之間變化。埋設深度為

d=L×sinθ-s，

式中：L為埋設犁水力刀長度，6170 mm；s為埋設犁水力刀轉軸距泥面高度，718 mm；θ為埋設犁水力刀與海床面角度，可根據工程需要調節(jié)。

該工程θ設定為39°，埋設深度為d=6671×sin39°-718=3012 mm。

5.2 速度控制

海纜埋設速度由施工船牽引卷揚機的絞纜線速度決定，并由聯(lián)接于卷揚機的變頻器來控制與調節(jié)；可在0～16 m/min的速度范圍內控制。施工過程中，根據不同土質情況，埋設速度一般控制在3～15 m/min，本工程針對前期路由調查的地質情況控制為3～8 m/min，高壓水泵壓力控制在2.2 MPa左右,可保證海纜施工的正常敷設。

6 露灘作業(yè)海纜牽引力控制

根據本風場35 kV的海纜路由設計,共計42根支纜，長度為803～1247 m；8根首纜長度為2440～6916 m。海纜牽引過程中，單根海纜所受的牽引力會有所不同，需進行計算分析，以控制海纜牽引力，避免受力過大，損傷海纜。

海纜最大允許牽引長度計算公式為：

L=T/（μGg）

式中：海纜理論重量G=35 kg/m；海纜最大允許牽引力T=50 kN；重力常數(shù)g=9.8 N/kg；

海纜與海床面滑動摩擦系數(shù)取0.2；計算的處最大牽引長度為728 m；采用專用小車后，滾動摩擦系數(shù)取取0.1；計算得出最大牽引長度為1457 m。

綜上可知，采用專用小車可減少海纜所受的牽引力，可滿足42根支纜的單根牽引的要求。由于8根首纜較長，不能用挖機直接牽引整根海纜，單次最大牽引長度不得超過1428 m。

7 結語

潮間帶海上風場不同于深水風場，受潮水影響較大，在開工前應做好海床掃測工作并做好技術分析，選取適用的設備，制定科學合理的施工工藝，根據現(xiàn)場實際泥面標高、水深情況，選取最適用的施工工藝。

本風場結合實際情況對50根不同的海纜，分別采用浮態(tài)時船舶敷設和露灘時挖機敷設相結合的方式，解決了船舶坐底后無法繼續(xù)施工的問題，同時采用專用拖運小車協(xié)助海纜牽引，大大降低了拖纜過程對海纜造成損壞的可能性。該施工工藝因地制宜，順利的完成了整個風場35 kV海纜的施工，為以后類似工程積累了寶貴的施工經驗。

本風場場區(qū)內地基土表層以粉砂、粉土為主，露灘后，海床較硬，無人員設備下陷的情況發(fā)生。采用本方法施工時，需對海床地質做好分析，對于軟土地質的海床施工，需要做好防止人員和設備的下陷入泥的措施，方可取得較好效果。