多相海底电缆横向布置循环敷设施工方法

摘要

本发明公开了一种多相海底电缆横向布置循环敷设施工方法，其采用大型工程驳船作为海缆敷设船，并采用海缆横向布置、π型退扭架退扭、驳船绞锚横向牵引，具体包括：施工准备，始端登陆施工，海中段敷设施工，终端登陆施工；循环敷设施工；海缆保护。本发明具有有效作业区大，能有效抵御不良环境影；敷设和纠偏作业效率高，能够准确测量和控制，避免路由偏差，自动化程度高，施工效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海底电缆敷设方法，尤其是一种多相海底电缆横向布置循环敷设施工方法。

背景技术

随着科学技术的发展，沿海地区特别是岛屿、跨海峡地区的电力需求和海上风电场的电力输送需求越来越大，这样对电力输送的载体-海底电力电缆的敷设要求越来越高。现有的电缆敷设方法已不能适应现实的需求。

中国专利申请CN102361315A公开了一种海域地下缆线三同步敷设施工方法，包括敷船制作、缆线盘安装、地纤安装、线纤直接、敷船启动、补埋、注标、缆线连接等步骤，其减少了人工操作的比例，基本实施了机械化操作，可靠安全。但不适合大直径海底电缆的敷设施工，且未对海缆敷设过程进行描述。

中国专利申请CN1659449A公开了一种海底设备敷设方法，包括下列步骤：提供一个传送器件（200），带有一个固定末端和一个自由末端（201）；释放上述传送器件（200），由一个勘测船（220）进入一个水域（210），直到上述自由末端（201）达到或接近上述海域（210）的一个海底（230）；以一个可控制的速度在上述勘测船（220）的后面牵引上述传送器件（200）；可滑动地连接上述设备（240），包括一个回收模件（241）和止动器件（242）至上述传送器件（200），其中上述设备，上述回收模件和上述止动器件是借助一个连接器（244）彼此固定；滑动上述设备（240）至传送器件（200）的自由末端（201），一旦上述止动器件达到海底，上述设备（240）借助上述制动器件达到海底，上述设备（240）借助上述制动器件（242）固定在海底（230）上的位置；激励上述回收模件（241），从而允许上述设备（240）由海底（230）升起至水面；以及由水面取回上述设备（240）。但不适合大直径海底电缆的敷设施工，且未对海缆敷设过程进行描述。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种多相海底电缆横向布置循环敷设施工方法，其采用大型工程驳船作为海缆敷设船，并采用海缆横向布置、π型退扭架退扭、驳船绞锚横向牵引，具有有效作业区大，能有效抵御不良环境影；敷设和纠偏作业效率高，能够准确测量和控制，避免路由偏差，自动化程度高，施工效率高。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种多相海底电缆横向布置循环敷设施工方法，其采用大型工程驳船作为海缆敷设船，并采用海缆横向布置、π型退扭架退扭、驳船绞锚横向牵引，具体包括：

1）施工准备，包括海缆敷设船选择、海缆过驳、岸滩海缆沟槽开挖、办证、扫海试航和敷设主牵引缆；

2）始端登陆施工，主要利用轮胎或助浮物助漂或浮海中海缆，通过施工岸上的牵引设备牵引，进入海缆沟，最后至海缆房；

3）海中段敷设施工，采用两侧的定位锚控制和前方牵引锚的牵引、拖轮或锚艇侧推带动海缆敷设船的方法对海底电缆敷设施工，并通过尾部拖带水下埋设机，利用埋设机自重及射出高压水流冲刷和切割海底软土地质，形成一定宽度和深度的沟槽进行海底电缆敷设施工；

4）终端登陆施工，主要利用轮胎或助浮物助漂或浮海中海缆，通过施工岸上的牵引设备牵引，进入海缆沟，最后至海缆房；

5）循环敷设施工；在完成一根海缆敷设后，敷设船不需要返航，继续按照始端登陆施工、海中段敷设施工、终端登陆施工的顺序敷设下根海缆，循环作业，直至完成全部海缆敷设施工；

6）海缆保护，海滩段海缆采用回填沙、水泥盖板保护，海缆沟铺盖保护扣板，用钢筋双向连接固定加以保护。

所述步骤1）中的海缆过驳为海缆敷设船靠泊就位，过驳时，海缆头绑扎上带旋转连接器的钢丝绳网套，与牵引钢绳连接，然后将海缆头牵引至敷设船上海缆退扭架顶入口内，海缆在盘内采用人工沿俯视顺时针方向盘绕。

所述步骤1）中的扫海试航为敷设船抵达后，在海缆施工路由上进行扫海作业，以清除海底旧废弃缆线和插网、渔网小型障碍物，采用拖轮或锚艇尾系扫海工具，沿设计的海缆施工路由往返扫海一次，发现障碍物由潜水员水下清理。

所述步骤1）中的敷设主牵引缆采用牵引式敷设施工方法，故需沿设计的海缆施工路由敷设主牵引海缆，首先在终端登陆点路由轴线上设置牵引地锚，主牵引海缆与之连接后沿设计的海缆施工路由敷设至始端登陆点的敷设船，连接16t绞缆卷扬机；海缆施工路由上方位角较大的转向，应在转向点附近抛设转向锚；为确保牵引海缆的敷设精度，敷设主牵引海缆作业采用DGPS定位导航。

所述步骤2）中的始端登陆施工具体包括以下步骤：

A、敷设船埋设机朝向登陆点，并利用高潮位向登陆点靠近，以减小登陆距离；利用DGPS定位导航系统，将敷设船锚泊于海缆施工路由轴线上，敷设船首、船尾抛设“八”字锚固定船位；

B、海缆从敷设船的海缆盘通过退扭架、布缆机和导向槽，在海缆头端安装带旋转连接器的钢丝网套，将海缆从导向槽外侧下水，保证海缆入水角满足要求，在水域段采用充气橡胶轮胎或助浮物浮在水面上。

C、始端登陆岸上的牵引机通过牵引绳与海缆头相连，启动牵引机将海缆头牵引上岸，到岸前解掉轮胎或助浮物，将海缆放入水中。

D、继续牵引海缆进入预挖的海缆沟，通过设置在海缆施工路由的滚轮滑车,将海缆敷设入海缆沟内，最后牵引至海缆房，并按设计要求留足规定的余量；

E、海缆牵引登滩完毕，在海缆上安装张拉式锚固网套予以固定；

F、完成始端登陆后，利用小艇逐个拆除水中海缆的橡胶轮胎或助浮物，将海缆放入预挖海缆沟内，不满足埋深时用高压水枪充填。

所述步骤3）中的海中段敷设施工具体步骤如下：

A、始端登陆完成后，接通高压海水泵，检查埋设机高压水枪是否通畅，若有问题及时处理；

B、将导向槽后部海缆依次装入导缆笼和埋设机腹部，利用敷设船上扒杆吊机将埋设机缓缓吊入水中，直至海床面；施工中同时缓慢放出海缆，保证海缆最小弯曲半径；

C、潜水员下水检查海缆与埋设机的相对位置，埋设机的姿态，同时启动海缆埋设监控系统；

D、开启高压海水泵，依靠牵引锚和船首、船尾抛设的“八”字锚，控制船位，使敷设船缓慢前进，同时布缆机缓慢送出海缆，进行海缆冲埋式敷设施工；

E、敷设时敷设船如果偏离路由轴线，采用拖轮及锚艇，在敷设船一侧进行顶推，以纠正埋深敷设船的航向偏差；

F、海缆敷设过程中，敷设船上设立控制室，由定位测量人员随时报告当前船位坐标及偏差数据，及时反映给施工指挥人员；

G、牵引敷设速度由敷设船16t液压绞车的绞锚速度来决定，并由液压站变量泵来控制与调节，海缆敷设速度控制在6－9m/min；

I、在施工过程中,每隔1kM和出现异常问题时，将敷设船停稳后派潜水员对埋设机犁刀工作情况、埋设机整体姿态和海缆敷设质量检查，同时将检查结果与海缆埋设监控系统数据比较，出现问题及时处理；

J、若牵引锚和船首、船尾抛设的“八”字锚不满足要求后，需用锚艇重新抛定；

K、海缆敷设导航定位控制采用法国FX-412型DGPS，质量控制数据与航迹信息能能够同时显示，该DGPS能够从几个定位系统中提取数据，并可相互直接对比；

L、海缆敷设监测控制由数据采集仪采集各传感器传输敷设速度、牵引张力、海缆张力的感应电流或电压信号，并接入计米器，水深仪，流速仪，经初步转换后传输给后台应用处理系统，经运算及处理，并反映至微机显示器上或外接显示屏上，并连续存储；电测人员将各种数据反映给施工指挥人员，以供及时掌握作业情况；通过布缆机的张力控制，保证海缆在敷设时随时保证一定的悬链形态，同时又便于控制张力在海缆的允许范围之内；

M、海缆敷设纠偏措施

施工中敷设船前方由钢缆牵引，后方的埋设机相当于另一只稳船锚，与船首、船尾抛设的“八”字锚，形成稳定结构，保证敷设施工路由；当敷设船出现航向偏差时，利用锚艇在敷设船一侧顶推、侧推动力定位，控制海缆敷设施工时的航向偏差；

施工中技术人员通过DGPS接收机采集当前船位坐标和海缆敷设偏差数据；经系统计算后能够及时反应船体所受外力大小与方向；偏差控制指挥人员由此及时指挥调节顶推动力船的顶推位置、顶推方向，进车速度，从而控制敷设船的铺缆偏差。

所述步骤4）中的终端登陆施工具体包括以下步骤：

A、海缆敷设至设计登陆点后，利用敷设船上的扒杆将埋设机提出海面，提升过程中潜水员监控海缆状态，确保海缆最小弯曲半径满足要求；

B、将埋设机吊出水面后，卸去导缆笼，在犁刀尾部设置多点吊确保海缆弯曲半径的情况下，将海缆从埋设机中取出；

C、调整锚位将敷设船调头90度，然后甩出海缆尾线，并用轮胎将海缆绑扎后助浮于海面上，使海缆铺设在海面上形成“Ω”形圆圈；

D、将海缆头在海缆盘露出后，用热缩头套和防水胶带材料作水密处理，同时利用海缆本身的铠装钢丝,经过加工处理来保护海缆头,具体做法：把每一根钢丝按端头的形状弯曲，用细铁丝把所有弯好的铠装钢丝绑扎在一起，再一根根地把它们向后弯曲，使其紧密均匀排列在海缆周围；然后用细铁丝把其端部牢固扎于海缆本体上，最后将带旋转连接器的钢丝绳网套与海缆头相连；

E、继续将海缆向海面铺设，在海缆头通过布缆机后，将海缆头与海缆终端登陆侧的φ18mm钢丝绳相连，通过牵引机将海缆牵引入岸滩预挖海缆沟，直至岸上终端海缆房，并按设计要求留足规定的余量，上滩前将橡胶轮胎拆除；

F、海缆牵引登滩完毕，在海缆上安装张拉式锚固网套予以固定；

G、完成始端登陆后，利用小艇逐个拆除水中海缆的橡胶轮胎，将海缆放入预海缆沟内，不满足埋深时用高压水枪充填。

所述步骤5）中循环敷设施工具体步骤为：

A、在上根海缆离开海缆盘前，将上根海缆头通过旋转连接器与已安钢丝网套的下根海缆连接，将下根海缆电牵引通过退扭架和布缆机；

B、当上根海缆拆除橡胶轮胎沉入海缆沟后，继续调整敷设船，使埋设机朝向终端海缆房，利用DGPS定位导航系统，将敷设船锚泊于第二根海缆的路由轴线上，船首、船尾抛设“八”字锚固定船位；

C、按照始端登陆施工→海中段海缆敷设施工→终端登陆施工的顺序，敷设完成第二根海缆；

D、依照上述步骤，进行循环作业，直至完成全部海缆敷设施工。

本发明中的设备或装置均为现有的产品，能够在市场上购买到，在此不再赘述。

本发明的工作原理为：海底电缆敷设施工过程分为施工准备、始端登陆施工、海中段敷设施工、终端登陆施工、循环敷设施工和海缆保护六大部分，其中海底电缆始端和终端浅滩登陆主要利用轮胎或助浮物助(漂)浮海中海缆，通过施工岸上的牵引设备进行牵引，进入海缆沟，最后至海缆房；中间水域采用两侧的定位锚控制和前方牵引锚的牵引、拖轮或锚艇侧推带动海缆敷设船的方法进行海底电缆的敷设施工，并通过尾部拖带水下埋设机，利用埋设机自重及射出高压水流冲刷和切割海底软土地质，形成一定宽度和深度的沟槽进行海底电缆敷设施工，在完成一根海缆敷设后，敷设船不需要返航，可继续按照始端登陆施工、海中段敷设施工、终端登陆施工的顺序敷设下根海缆，进行循环作业，直至完成全部海缆敷设施工。

本发明的有益效果是，本发明采用大型工程驳船作为海缆敷设船，并采用海缆横向布置、π型退扭架退扭、驳船绞锚横向牵引的方法进行多相海底电缆的循环敷设施工。该发明主要有以下几个特点：

1采用箱型工程驳船作为海底电缆敷设船，使有效作业区增大，铺缆、供电、锚泊等系统的设备、器材方便布置；吃水浅，方便登陆作业；可抵御风浪对其的影响。

2海缆敷设船横向布置双缆盘，能储存多根海缆，施工中可灵活调配敷设顺序，展放效率高；同时敷设船能较好的抗横向水流，稳定性好，利用拖轮顶推纠偏作业效率高。

3海缆敷设采用π型退扭架、布缆机和入水槽，能保证海缆在施工中的弯曲半径，并确保海缆不产生打扭等现象。

4采用海缆埋设导航定位系统（DGPS定位系统），实时反映船位、航向、船舶的姿态和埋设机的具体位置，通过与海缆设定路径进行实时对照，准确测量、控制路由偏差。

5采用海缆埋设监控系统（海缆埋深数据检测系统），通过采集埋设机上的各类传感信号，测知埋设机的左右、前后倾斜和水平转向，犁刀的深度、海缆埋设长度，实现对海缆埋设深度、长度的准确控制。

6采用绞车绞动牵引钢丝绳牵引敷设船前进，能方便地控制船位，保证船舶沿着设计路由保持匀速前进，能做到匀速、低速的工况下敷设海缆作业,同时也可使敷设船原地暂停，从容地处理有关问题。

7敷设船由前方钢缆牵引，后方同时牵引的水力机械埋设机也相当于1只稳船锚，能够增加敷设船舶的稳定性。

8施工中配有锚艇、交通船用于辅助施工，便于施工中紧急工况下的处理。

9与自航式海缆敷设比较，牵引式敷设方法具有敷设速度稳定、航行偏差容易控制、适应浅海和登滩作业等特点。

10完成一条海缆敷设后，无需返航，即可进行循环作业，继续敷设下条海缆，能提高海缆敷设施工效率，缩短工期，具有较高的经济效益。

附图说明

图1是本发明施工工艺流程图；

图2是始端登陆敷设施工示意图；

图3是图2的A部放大图；

图4是海中段海缆敷设施工示意图；

图5是终端登陆敷设施工示意图；

其中1.海缆，2.钢丝网套，3.水域段，4.海缆房，5.轮胎，6.布缆机，7.敷设船，8.海缆盘，9.牵引机，10.牵引绳，11.滚轮滑车，12.拖轮，13.锚艇，14.沙滩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，工艺流程简介：施工准备（海缆敷设船选择、海缆过驳、岸滩海缆沟槽开挖、办证、扫海试航和敷设主牵引缆等）→始端登陆施工→海中段海缆敷设施工→终端登陆施工（含循环敷设施工）→海缆保护。

一、现场施工准备

1、海缆敷设船选择

根据海缆盘外径R、海缆盘的最大允许高度h、最小退扭高度和海缆总重等参数选择施工敷设船。

2、海缆过驳

海缆敷设船靠泊就位，过驳时，海缆头绑扎上钢丝绳网套（带旋转连接器），与牵引钢绳连接，然后将海缆头牵引至敷设船上海缆退扭架顶入口内，海缆在盘内采用人工沿俯视顺时针方向盘绕。

3、岸滩海缆沟槽开挖

浅滩需预先开挖沟槽，沟槽宽度、深度应符合设计要求。

4、办理各类施工许可证

提前办理海域使用证书、海底管道施工许可证书,在敷设船到达现场海域后，经海事局检船，检验通过后，由海事局安排施工期间的现场维护和警戒、巡逻，确保施工不受干扰。

5、扫海试航

敷设船抵达后，在海缆施工路由上进行扫海作业，以清除海底旧废弃缆线和插网、渔网等小型障碍物，采用拖轮（锚艇）尾系扫海工具，沿设计路由往还扫海一次，发现障碍物由潜水员水下清理，并进行民事赔偿。施工前敷设船必须进行试航作业。

6、敷设主牵引缆

采用牵引式敷设施工方法，故需沿设计路由敷设主牵引钢缆。首先在终端登陆点路由轴线上设置牵引地锚，主牵引钢缆与之连接后沿设计路由敷设至始端登陆点的敷设船，连接16t绞缆卷扬机。路由上方位角较大的转向，应在转向点附近抛设转向锚。为确保牵引钢缆的敷设精度，敷设主牵引钢缆作业采用DGPS定位导航。

二、始端登陆

1、敷设船7埋设机朝向登陆点，并利用高潮位尽量向登陆点靠近，以减小登陆距离；利用DGPS定位导航系统，将敷设船锚泊于路由轴线上，敷设船首、船尾抛设“八”字锚固定船位。

2、海缆1从敷设船的海缆盘8通过退扭架、布缆机6和导向槽，在海缆头端安装钢丝网套2（带旋转连接器），将海缆1从导向槽外侧下水，保证海缆1入水角满足要求，在水域段3采用充气橡胶轮胎5（或助浮物）浮在水面上。

3、始端登陆岸上的牵引机9通过牵引绳10与海缆头相连，启动牵引机将海缆头牵引上岸，到岸前解掉轮胎5（或助浮物），将海缆1放入水中。

4、继续牵引海缆1进入预挖沟槽，通过设置在海缆登陆路由的滚轮滑车11,将海缆敷设入海缆沟内，最后牵引至海缆房4，并按设计要求留足规定的余量。

5、海缆牵引登滩（即沙滩14）完毕，在海缆上安装张拉式锚固网套予以固定。

6、完成始端登陆后，利用小艇逐个拆除水中海缆的橡胶轮胎，将海缆放入预挖沟槽内，必要时用高压水枪进行充填。

三、海中段海缆敷设施工

1、始端登陆完成后，接通高压海水泵，检查埋设机高压水枪是否通畅，若有问题及时处理。

2、将导向槽后部海缆依次装入导缆笼和埋设机腹部，利用敷设船上扒杆吊机将埋设机缓缓吊入水中，直至海床面。施工中同时缓慢放出海缆，保证海缆最小弯曲半径。

3、潜水员下水检查海缆与埋设机的相对位置，埋设机的姿态等，同时启动海缆埋设监控系统。

4、开启高压海水泵，依靠牵引锚和船首、船尾抛设的“八”字锚，控制船位，使敷设船缓慢前进，同时布缆机缓慢送出海缆，进行海缆冲埋式敷设施工。

5、敷设时敷设船如果偏离路由轴线，采用拖轮12及锚艇13，在敷设船一侧进行顶推，以纠正埋深敷设船的航向偏差。

6、海缆敷设过程中，敷设船7上设立控制室，由定位测量人员随时报告当前船位坐标及偏差等数据，及时反映给施工指挥人员。

7、牵引敷设速度由敷设船16t液压绞车的绞锚速度来决定，并由液压站变量泵来控制与调节，海缆1敷设速度一般控制在6－9m/min。

8、在施工过程中,每隔1kM和出现异常问题时，将敷设船停稳后派潜水员对埋设机犁刀工作情况、埋设机整体姿态和海缆敷设质量进行检查，同时将检查结果与海缆埋设监控系统数据进行比较，出现问题及时处理。

9、若牵引锚和船首、船尾抛设的“八”字锚不满足要求后，需用锚艇13重新抛定。

10、海缆敷设导航定位控制采用法国FX-412型DGPS，该DGPS采用国家差分GPS参考台的差分信号进行修正，系统定位精度优于2m。操作系统为海达6.1导航软件。海达6.1是导航控制软件包，可以显示船的航迹、测线、锚位、障碍物或建造物。质量控制数据可与航迹信息同时显示。该系统能够从几个定位系统中提取数据，并可相互直接对比。

11、海缆敷设监测控制由数据采集仪采集各传感器传输敷设速度、牵引张力、海缆张力等的感应电流或电压信号，并接入计米器，水深仪，流速仪，经初步转换后传输给后台应用处理软件，经运算及处理，并反映至微机显示器上或外接显示屏上，并进行连续存储。电测人员将各种数据反映给施工指挥人员，以供及时掌握作业情况。通过布缆机的张力控制，可以保证海缆在敷设时随时保证一定的悬链形态，同时又便于控制张力在海缆的允许范围之内。

12、海缆敷设纠偏措施

海缆敷设施工时，海上作业时间较长，敷设船易受到风、浪、流、潮汐作用的影响，导致海缆偏离设计路由。施工中敷设船前方由钢缆牵引，后方的埋设机相当于另1只稳船锚，与船首、船尾抛设的“八”字锚，形成稳定结构，保证施工敷设路由；必要时锚艇13可在敷设船一侧进行顶推、侧推动力定位，控制海缆敷设施工时的航向偏差。

施工中技术人员通过DGPS接收机采集当前船位坐标和海缆敷设偏差数据；经软件计算后可以及时反应船体所受外力大小与方向。偏差控制指挥人员由此可以及时指挥调节顶推动力船的顶推位置、顶推方向，进车速度，从而控制敷设船的铺缆偏差。

四、终端登陆施工

1、海缆1敷设至设计登陆点后，利用敷设船上的扒杆将埋设机提出海面，提升过程中潜水员监控海缆状态，确保海缆最小弯曲半径满足要求。

2、将埋设机吊出水面后，卸去导缆笼，在犁刀尾部设置多点吊确保海缆弯曲半径的情况下，将海缆1从埋设机中取出。

3、调整锚位将敷设船调头90度，然后甩出海缆尾线，并用轮胎5将海缆绑扎后助浮于海面上，使海缆铺设在海面上形成“Ω”形圆圈。

4、将海缆头在海缆盘露出后，用热缩头套和防水胶带等材料作水密处理，同时利用海缆本身的铠装钢丝,经过加工处理来保护海缆头,具体做法：把每一根钢丝按端头的形状弯曲,用细铁丝把所有弯好的铠装钢丝绑扎在一起，再一根根地把它们向后弯曲，使其紧密均匀排列在海缆周围；然后用细铁丝把其端部牢固扎于海缆本体上，最后将钢丝绳网套2（带旋转连接器）与海缆头相连。

5、继续将海缆向海面铺设，在海缆头通过布缆机6后，将海缆头与海缆终端登陆侧的钢丝绳10相连，通过牵引机9将海缆牵引入沙滩14的预挖海缆沟，直至岸上终端海缆房4，并按照设计要求余留一定长度，上滩前将轮胎5拆除。

6、海缆牵引登滩完毕，在海缆上安装张拉式锚固网套予以固定。

7、完成始端登陆后，利用小艇逐个拆除水中海缆的橡胶轮胎，将海缆放入预挖沟槽内，必要时用高压水枪进行充填。

五、循环作业

1、在上一根海缆离开海缆盘前，将上根海缆头通过旋转连接器与已安钢丝网套的下根海缆连接，将下一根海缆牵引通过退扭架和布缆机。

2、当上根海缆拆除橡胶轮胎沉入沟槽后，继续调整敷设船，使埋设机朝向终端海缆房，利用DGPS定位导航系统，将敷设船锚泊于第二根海缆的路由轴线上，船首、船尾抛设“八”字锚固定船位。

3、按照始端登陆施工→海中段海缆敷设施工→终端登陆施工的顺序，敷设完成第二根海缆。

4、依照上述步骤，进行循环作业，直至完成全部海缆敷设施工。

六、海缆保护

海滩段海缆采用回填沙、水泥盖板保护，海缆沟铺盖保护扣板，用钢筋进行双向连接固定加以保护。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。