基于“海洋物理探測＋分段防護治理”的新型海纜防護體系

沈清野 吳穎君 丁同臻 程 林 趙浩然 韓 磊

（國網(wǎng)舟山供電公司）

0 引言

舟山群島的地理環(huán)境使島嶼之間的電纜架空線路建設(shè)受到諸多限制，海纜成為島際供電的重要載體。隨著港口貿(mào)易和大宗商品儲運的不斷發(fā)展，舟山海域各類船只出入與日俱增，海纜防外破形勢日益嚴峻，對海纜“防外破”管理的要求也越來越高。目前海纜“防外破”管理存在的問題：一是海纜運行工況環(huán)境復(fù)雜，受技術(shù)條件限制，較早期投運的海纜埋深較淺，部分海纜甚至拋放在海床上，極易發(fā)生外破；二是海纜敷設(shè)區(qū)域點多面廣，海纜登陸段和淺灘段受水深條件限制，埋設(shè)船無法在該區(qū)域深埋作業(yè)，多為直拋方式，眾多海纜拋放在礁石或灘涂上，海纜極易發(fā)生礁石磨損或船只擱淺造成錨損和螺旋槳擊傷等外破事件，不僅會給船舶帶來風(fēng)險，還嚴重影響島上正常的生產(chǎn)生活。因此，海纜防外破管理的水平急需提升，及時發(fā)現(xiàn)海纜外破的風(fēng)險，提前防護。本文基于傳統(tǒng)的海纜防外破管理技術(shù)，提出了一種新的海纜防護體系，即“先探測、再治理、后復(fù)測”的海纜防護體系，首先采用地球物理探測手段查明海纜的位置及埋深情況，根據(jù)不同區(qū)段的海纜情況，對海纜進行分區(qū)段防護，防護施工后再進行復(fù)測，檢驗海纜防護措施效果，實現(xiàn)海纜防護體系閉環(huán)管理，真正實現(xiàn)海纜“零外破”的目標。

1 海洋地球物理探測探測

1.1 調(diào)查方法

本次調(diào)查的海底電纜為舟山某海域海纜錨泊重災(zāi)區(qū)，共9條海底電纜，直徑約13cm。為查明海纜區(qū)地形地貌、海底面狀況、海底電纜的平面位置、埋深、出露、懸空等情況，本次調(diào)查主要采用水深地形測量、側(cè)掃聲吶掃測、淺地層剖面探測、海洋磁法探測等調(diào)查方法。調(diào)查時對海纜兩側(cè)各100m范圍進行多波束和側(cè)掃聲吶全覆蓋測量，淺地層剖面探測和磁法探測測線垂直于海纜走向布設(shè)，間距為50m，主要儀器設(shè)備見表。

表儀器設(shè)備

現(xiàn)場測量［1-2］時多波束測深儀和淺地層剖面儀［3］采用船側(cè)固定安裝，光纖羅經(jīng)運動傳感器和姿態(tài)儀固定安裝于船艙中，DGPS天線安裝于船體頂部。側(cè)掃聲吶和磁力儀采用船尾后拖測量方式，拖魚距離船尾80m，位置采用Layback校正，設(shè)備安裝示意圖如圖1所示。

圖1 設(shè)備安裝示意圖

1.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)多波束和側(cè)掃聲吶調(diào)查資料顯示，調(diào)查區(qū)內(nèi)對海纜運維影響較大的海底面情況主要有錨鉤痕、沖刷溝和裸露的海纜等，海底沖刷坑內(nèi)局部海纜發(fā)生裸露，如圖2所示。

圖2 海底面情況側(cè)掃聲吶影像圖

根據(jù)本次淺地層剖面探測數(shù)據(jù)，海底電纜位置及埋深的探測效果較理想，能夠識別出海底電纜的位置和埋深，調(diào)查區(qū)海纜多處于埋設(shè)狀態(tài)，僅局部海纜出現(xiàn)裸露，如圖3所示。

圖3 海纜淺地層剖面影像圖

2 海纜分段防護治理

淺埋和裸露的海纜被損壞的風(fēng)險較大，為了保障電力安全，需要對損壞的電纜及時搶修，同時需要對淺埋和裸露的海纜進行防護，采取的防護措施需要根據(jù)不同區(qū)段海纜的地理環(huán)境特點設(shè)計防護方案。

本文主要介紹近幾年搶修過的海纜區(qū)段的典型案例，海纜區(qū)段分為海纜登陸段、潮間帶段、海中段，如圖4所示，根據(jù)海洋地球物理探測的海纜周邊的海底環(huán)境針對性的設(shè)計海纜防護措施，最大程度降低海纜外破風(fēng)險。

圖4 海纜三段敷設(shè)斷面

2.1 登陸段海纜保護

海纜登陸段區(qū)域，早期敷設(shè)的海纜基本采用直接拋放的方式施工，海纜基本處于失保護狀態(tài)，登陸段區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，部分區(qū)域基巖出露，受到海水沖刷或人類活動影響較大，存在海纜與礁石磨損風(fēng)險和人員觸電安全風(fēng)險，針對該區(qū)域主要采取“包”、 “圍”、“溝”、“頂”四種保護措施，其中“包”，即套管或混凝土包封；“圍”，即安裝圍堰；“溝”，即電纜溝；“頂”，即預(yù)埋管道或定向鉆孔。為更好提升海纜登陸段防護能力，可以根據(jù)海纜登陸段地形情況，采取多種“組合型”防護技措，即采取 “包”、 “圍”、“溝”、“頂”組合型措施防護海纜。

2.2 潮間帶段海纜保護

潮間帶區(qū)段為海纜由登陸段往深水區(qū)敷設(shè)的過渡區(qū)段（淺灘區(qū)段），該區(qū)段主要位于海纜起犁區(qū)附近，海纜處于裸露狀態(tài)或淺埋狀態(tài)的風(fēng)險較大，且淺水區(qū)往往是大型船舶擱淺的高風(fēng)險區(qū)，船舶擱淺容易對海纜造成擱淺壓傷或螺旋槳擊傷的風(fēng)險，針對該區(qū)段的特點，結(jié)合以往海纜防護運維經(jīng)驗，主要采取“挖”、“壓”結(jié)合防護措施。

“挖”，即全程沖埋、先敷后埋：由于淺灘區(qū)水深較淺，海纜敷設(shè)后，采用沖埋水槍對海纜敷設(shè)區(qū)沖溝，通過海纜的自重下陷和自然回淤達到埋設(shè)海纜的目的，本方式適用于水深較淺的潮灘帶區(qū)域?！皦骸?，即放置Ω形保護蓋板：由于潮間帶區(qū)域水流較緩，具備精準放置防護蓋板的條件，根據(jù)海洋地球物理探測出的海纜位置，采用GPS定位和潛水員下潛精確引導(dǎo)方式實現(xiàn)蓋板的精準施蓋，施工后再進行復(fù)測以確定蓋板的放置位置。相關(guān)試驗表明，Ω型蓋板的特殊弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使船錨從上方劃過Ω型蓋板，從而有效防護海纜被錨勾斷。Ω型蓋板掃測效果圖如圖5所示。

圖5 Ω型蓋板掃測效果圖

2.3 海中段海纜保護

海中段作為為海纜敷設(shè)路由最長區(qū)段，其海纜防護是重中之重，最有效的防護方式就是“深埋”海纜，但受制于水深、底質(zhì)和施工技術(shù)等條件的限制，海纜深埋較難達到設(shè)計要求。海中段海纜的傳統(tǒng)防護方式為在裸露區(qū)段海纜上方鋪蓋聯(lián)鎖排蓋板或者直接更換較短的故障重災(zāi)區(qū)海纜。對于檢修過后海纜受制于技術(shù)條件和經(jīng)濟性考慮，檢修后海纜往往直接拋放，無法得到良好保護，易發(fā)生海纜錨損。

為了對海中段海纜進行有效的保護，采取“攔”的新型海纜防護措施，即在海底放置主動攔截鎖鏈，即在海纜兩側(cè)均勻布放鋼管樁，樁與樁之間采用錨鏈相連的方式，如圖6所示，當船舶在海纜附近海域錨泊走錨時，船錨會首先與錨鏈接觸，錨鏈將船錨的錨抓力傳遞至鋼管樁，鋼管樁抵抗船錨的錨抓力，從而讓船錨在鉤掛海纜之前停止運動，以實現(xiàn)對海纜的防護。

圖6 攔截索鏈海纜防護措施平面圖

3 結(jié)束語

為了對海底電纜進行防護，本文論述了不同區(qū)段的海纜防護措施，結(jié)合海洋地球物理探測的海纜位置、埋深和海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，針對海纜登陸段、潮間帶段、海中段的海纜施工方式和海洋環(huán)境特點，采用海纜分段防護理念，在海纜深埋保護無法得到保障前提下，總結(jié)出“包”、 “圍”、 “溝”、 “頂”、 “挖”、“壓”、“換”、“攔”八種技術(shù)措施，再通過地球物理探測方法對防護措施進行施工后復(fù)測，指導(dǎo)防護措施的施工修正，其中Ω型海纜防護蓋板和“攔截鎖鏈”主動防護措施是在當前海纜防護體系建設(shè)中比較新型前沿技術(shù)措施，在舟山海纜防護實踐中也得到了印證，為探索海纜運維防護能力提升提供了治理依據(jù)，具有較強工程實用價值。