海底光纜保護(hù)性施工方法探討

汪紅君

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310052)

海底光纜保護(hù)性施工方法探討

汪紅君

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310052)

目前，隨著圍墾、港口碼頭的新建，各類已有光纜、管道等水底設(shè)施與新建工程會(huì)有交叉，需進(jìn)行保護(hù)性施工，以確保原有設(shè)施的正常運(yùn)行。本文結(jié)合浙江省圍墾工程施工中對(duì)一條下穿光纜進(jìn)行保護(hù)性施工的案例，分析不同保護(hù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)施工中重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，為類似工程可提供借鑒施工經(jīng)驗(yàn)。

海底光纜；保護(hù)性施工；方法

1 工程施工背景

1.1 施工背景

浙江圍墾工程在海堤施工時(shí)，海底有一條通信光纜與海堤斜交穿越，穿越長度134m，光纜施工時(shí)埋深約2m，后因海涂面逐年淤積，現(xiàn)已埋深3m以上。海堤頂至海涂面需進(jìn)行拋石填筑施工，拋石最大厚度達(dá)12m 以上。在筑堤過程中，由于圍堤地基為深厚軟土層 ，圍堤荷載將導(dǎo)致地基產(chǎn)生較大的沉降，從而引起光纜受拉，若光纜拉伸變形超過光芯允許應(yīng)變，光纜就無法正常工作，從而影響海底光纜的安全通信。對(duì)光纜試樣進(jìn)行100～400kN拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明：光纜受拉力40kN時(shí)，會(huì)發(fā)生斷裂。

1.2 地質(zhì)情況

圍區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng) (Q4) 地層 ，巖性為淤泥質(zhì)土、粉土 、黏性土、砂土等，海積 、沖海積成因。根據(jù)場(chǎng)地土的形成年代、結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合鉆孔取芯、靜探曲線及室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，場(chǎng)區(qū)地層自上而下分層情況見下表。

光纜穿越區(qū)土質(zhì)分層情況表

施工前，在垂直光纜走向位置，由潛水員下水用高壓水槍沖挖一條長30m的溝槽，深度3m，取出土樣為②-1層粉土，仍未見光纜。說明受涂面淤積影響，光纜埋深已在3m以上，埋置土層為②-1層粉土或更下層土。

2 打樁保護(hù)方案

打樁保護(hù)方案參考附近工程中已施工的海底水管保護(hù)方案，在光纜上部用混凝土蓋板進(jìn)行保護(hù)，防止海堤石料下沉擠斷光纜，蓋板用四根φ600預(yù)制管樁予以支承，樁長30m，管樁中心距2.4m，凈距1.8m。蓋板兩側(cè)各30cm處分別打一排密排的φ600預(yù)制管樁，深度20m，以隔離兩側(cè)土方，使土方的沉降互不干擾(見圖1)。

圖1 打樁保護(hù)方案(尺寸單位:cm)

優(yōu)點(diǎn)：上述方案如能順利實(shí)施，對(duì)光纜的保護(hù)將是較為有效的。

缺點(diǎn)：在海底可能存在漁具、金屬廢棄物等磁性物質(zhì)的復(fù)雜環(huán)境下，探測(cè)的精度將有所下降；鋪纜船

在鋪纜施工時(shí)，受海流潮汐的影響，所鋪設(shè)的光纜是S形的，這在施工前所探測(cè)的光纜走向圖上有所反映；因海上施工條件復(fù)雜，仍有一些不確定因素會(huì)影響打樁位置；沖挖光纜發(fā)現(xiàn)，要獲取精準(zhǔn)的光纜走向已不具備條件。

綜合上述原因，海底光纜不像海底水管，管位容易定位，如若按上述方案實(shí)施，成功概率偏小，稍有不慎，極有可能造成斷纜的后果。

3 砂墊層保護(hù)方案

在光纜兩側(cè)各20m范圍內(nèi)，先用摩擦力小的砂回填，厚度2m，再按海堤工程一般的處理程序進(jìn)行上部施工。這種方案俗稱“砌豆腐”，對(duì)光纜正上方的土體不進(jìn)行任何加固措施，使土體在上部荷載作用下，依靠光纜外圈鎧甲的抗拉能力，抵抗上部土體所產(chǎn)生的拉力。根據(jù)設(shè)計(jì)提供的數(shù)據(jù)，海堤施工時(shí)所產(chǎn)生的沉降在2m以內(nèi)，只要松軟土體與后填筑的松散砂墊層厚度在2m以上，該方案有成功實(shí)施的可能(見圖2)。

圖2 砂墊層保護(hù)方案(橫向)(尺寸單位:cm)

后經(jīng)相關(guān)科研單位建立模型分析，海堤施工過程中及施工后一段時(shí)間內(nèi)，光纜所受拉力將不到100kN，拉伸應(yīng)變?cè)?0.50%左右，在光纜可承受范圍內(nèi)。

優(yōu)點(diǎn)：該方案有效解決了海底光纜在定位上存在的缺陷，實(shí)施成功概率大，且可降低2/3成本，綜合分析后，最終選擇采用砂墊層保護(hù)方案實(shí)施。

缺點(diǎn)：要對(duì)光纜埋深的實(shí)際情況進(jìn)行探測(cè)，并作模擬分析。

4 砂墊層保護(hù)施工

4.1 測(cè)量定位

光纜保護(hù)性施工前，先由某公司對(duì)擬建海塘區(qū)域進(jìn)行海底光纜位置探測(cè)，以取得海底通信光纜在該區(qū)域的實(shí)際位置，為下一步工程施工提供依據(jù)。采用磁異常探測(cè)方案。磁異常探測(cè)的特點(diǎn)是能準(zhǔn)確探測(cè)磁性物質(zhì)所引起的磁異常，且不受空氣、水、泥沙等介質(zhì)的影響。這一特點(diǎn)尤其適合已被泥沙或淤泥所掩蓋的海底光纜等物體。

在海塘施工區(qū)域垂直光纜向108m范圍內(nèi)按10m的間隔往返布設(shè)探測(cè)測(cè)線，在海塘施工區(qū)域外按20m布設(shè)探測(cè)測(cè)線，每條測(cè)線長度約250m；實(shí)際布設(shè)測(cè)線28條，有效探測(cè)測(cè)線24條。磁法探測(cè)采用GB-6A型海洋磁力儀及加拿大某公司生產(chǎn)的HR100型定位儀，其定位精度優(yōu)于1m(見圖3)。

圖3 探測(cè)示意圖

4.2 施工流程

砂墊層保護(hù)方案施工流程為：主堤圍堰及子堤→袋裝碎石→砂墊層→砂墊層上土工布與袋裝碎石→預(yù)沉降6個(gè)月→上部結(jié)構(gòu)施工。

4.3 施工方法

采用袋裝砂或袋裝碎石拋填修筑圍堰，圍堰內(nèi)回填砂料，在砂墊層上鋪一層80kN/m裂膜絲機(jī)織土工布后拋投50cm袋裝碎石，船拋石料至0.00m高程，鋪50kN/m土工格柵后按堤壩正常施工方法進(jìn)行后續(xù)工程施工；子堤全斷面用拋投袋裝碎石處理。

施工期間，沿光纜走向每隔10m設(shè)一浮球，防止施工船舶在拋錨過程中鐵錨勾到光纜。

4.3.1 袋裝砂石施工

施工前，平板駁根據(jù)GPS測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確定位；袋裝碎石、砂由人工裝袋后直接沿堤軸線從圍堰內(nèi)側(cè)向外側(cè)順序拋投。

4.3.2 砂墊層施工

砂墊層施工時(shí)，運(yùn)砂船在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)圍堰四周測(cè)量標(biāo)志，直接用運(yùn)砂船上的皮帶機(jī)輸送砂料至圍堰內(nèi)。拋投砂墊層從圍堰一側(cè)向另一側(cè)均勻進(jìn)行，并根據(jù)拋填厚度與皮帶機(jī)下料速度適時(shí)擺動(dòng)皮帶機(jī)下料位置，在土工布鋪設(shè)前用鋪布船上滾筒進(jìn)行砂堆的平整后進(jìn)行鋪布作業(yè)。

中原人口遷往徽州前，已深受中原文化的影響，他們有根深蒂固的宗法觀念，特別是漢族的官員，他們自己有很強(qiáng)的宗法意識(shí)。但在遷徙到徽州后，北方的漢族失去了多年積累的政治地位和經(jīng)濟(jì)特權(quán)，再加上躲到徽州避難，所以危機(jī)意識(shí)很重。因此，為了維護(hù)氏族的利益，他們?nèi)匀慌S護(hù)宗族結(jié)構(gòu)，形成氏族武裝力量，和中原文化相融合，鞏固封建宗法制度。最后，南遷的人口反客為主，中原文化打敗了原來的山越文化。因此，為了融入中原主流文化，宗族制度必須成為其強(qiáng)有力的工具，宗族組織已成為徽州社會(huì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)［3］。

砂墊層拋填量根據(jù)圍堰內(nèi)面積與厚度，并考慮40%的損耗量后確定，要保證拋?zhàn)恪?/p>

4.3.3 后續(xù)施工

砂墊層施工后及時(shí)跟進(jìn)面層土工布與袋裝碎石鎮(zhèn)壓施工。船拋石料在上述工作施工結(jié)束后，待基礎(chǔ)自然沉降6個(gè)月后開始施工。

5 砂墊層保護(hù)方案施工重點(diǎn)

5.1 精準(zhǔn)定位是關(guān)鍵

施工中，利用船載 GPS系統(tǒng)精確定位拋填。施工用船全都采用了國際上較為先進(jìn)的GPS實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)采用3臺(tái)GPS-RT20接收機(jī)，經(jīng)過全球24顆在軌衛(wèi)星發(fā)播信號(hào)，結(jié)合地面衛(wèi)星通信電臺(tái)發(fā)播坐標(biāo)信號(hào)，在作業(yè)船上設(shè)置2臺(tái)RT20單頻接收機(jī)，接受準(zhǔn)確實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，輸入計(jì)算機(jī)，解算出差分的精確位置坐標(biāo)，由2臺(tái)接收機(jī)兩個(gè)X、Y點(diǎn)坐標(biāo)相交形成船體設(shè)定區(qū)域矩形圖，在計(jì)算機(jī)上按設(shè)計(jì)坐標(biāo)設(shè)定好所需施工的位置，根據(jù)船體施工區(qū)域劃分整體工程平面幾何圖，用4臺(tái)錨機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將移動(dòng)坐標(biāo)和設(shè)定坐標(biāo)幾何圖影重合。

5.2 各種拋填料提前量計(jì)算與認(rèn)證不可或缺

由于潮流、潮向的影響，投拋砂包時(shí)勢(shì)必有一定的漂移量，應(yīng)根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。對(duì)漲退潮流態(tài)進(jìn)行實(shí)際測(cè)定，選取如下拋距經(jīng)驗(yàn)公式：

式中S——沖距，m；

vO——水面流速，用測(cè)速儀測(cè)定拋投點(diǎn)水面流速，m/s；

H——水深，用測(cè)深儀測(cè)定拋投點(diǎn)水深,m；

W——塊石重量，kg。

按上述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算取得提前量后，先試拋一段，再由潛水員下水探摸各類拋填料是否正確落入設(shè)定的區(qū)域，如有偏差及時(shí)進(jìn)行修正。

5.3 沉降觀測(cè)可驗(yàn)證科研成果的準(zhǔn)確性

在拋填時(shí)，埋設(shè)沉降、位移觀測(cè)點(diǎn)，施工前期每天觀測(cè)1次，沉降穩(wěn)定后逐漸減小觀測(cè)頻率。根據(jù)原位觀測(cè)單位提供的沉降數(shù)據(jù)，沉降量2520mm，與理論計(jì)算值基本吻合，從而推斷光纜在海底的受拉情況與模型試驗(yàn)基本相近。

6 結(jié) 語

2012年10月，光纜砂墊層保護(hù)施工開始實(shí)施，截至目前，光纜運(yùn)行正常，證明砂墊層保護(hù)方案在土體強(qiáng)度不高、海底設(shè)施有一定的抗拉強(qiáng)度,且沉降量小于松軟土體或回填體厚度的情況下是切實(shí)可行的。該方案施工安全性高，建設(shè)成本低，施工便捷，值得在類似工程中推廣。

Discussion on Protective Construction Method of Submarine Optical Cable

WANG Hongjun

(ZhejiangFirstHydropowerConstructionGroupCo.,Ltd.,Hangzhou310052,China)

At present, with the reclamation and the new construction of port and pier, all kinds of existing cable, pipelines and other underwater facilities and new construction will be crossed. Need for protective construction to ensure the normal operation of the original facilities. This paper analyzes the advantages and disadvantages of different protective schemes combined with the protective construction of an under wear cable in the reclamation project in Zhejiang Province. The key links in construction are discussed which can provides reference for similar construction experience.

submarine optical cable; protective construction; method

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.02.004

TN913.33

A

1673-8241(2017)02- 0027- 04