海底光缆保护性施工方法探讨

汪红君

(浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310052)

海底光缆保护性施工方法探讨

汪红君

(浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310052)

目前，随着围垦、港口码头的新建，各类已有光缆、管道等水底设施与新建工程会有交叉，需进行保护性施工，以确保原有设施的正常运行。本文结合浙江省围垦工程施工中对一条下穿光缆进行保护性施工的案例，分析不同保护方案的优缺点，对施工中重点环节进行探讨，为类似工程可提供借鉴施工经验。

海底光缆；保护性施工；方法

1 工程施工背景

1.1 施工背景

浙江围垦工程在海堤施工时，海底有一条通信光缆与海堤斜交穿越，穿越长度134m，光缆施工时埋深约2m，后因海涂面逐年淤积，现已埋深3m以上。海堤顶至海涂面需进行抛石填筑施工，抛石最大厚度达12m 以上。在筑堤过程中，由于围堤地基为深厚软土层 ，围堤荷载将导致地基产生较大的沉降，从而引起光缆受拉，若光缆拉伸变形超过光芯允许应变，光缆就无法正常工作，从而影响海底光缆的安全通信。对光缆试样进行100～400kN拉伸试验，结果表明：光缆受拉力40kN时，会发生断裂。

1.2 地质情况

围区地层主要为第四系全新统 (Q4) 地层 ，岩性为淤泥质土、粉土 、黏性土、砂土等，海积 、冲海积成因。根据场地土的形成年代、结构特征，结合钻孔取芯、静探曲线及室内土工试验成果，场区地层自上而下分层情况见下表。

光缆穿越区土质分层情况表

施工前，在垂直光缆走向位置，由潜水员下水用高压水枪冲挖一条长30m的沟槽，深度3m，取出土样为②-1层粉土，仍未见光缆。说明受涂面淤积影响，光缆埋深已在3m以上，埋置土层为②-1层粉土或更下层土。

2 打桩保护方案

打桩保护方案参考附近工程中已施工的海底水管保护方案，在光缆上部用混凝土盖板进行保护，防止海堤石料下沉挤断光缆，盖板用四根φ600预制管桩予以支承，桩长30m，管桩中心距2.4m，净距1.8m。盖板两侧各30cm处分别打一排密排的φ600预制管桩，深度20m，以隔离两侧土方，使土方的沉降互不干扰(见图1)。

图1 打桩保护方案(尺寸单位:cm)

优点：上述方案如能顺利实施，对光缆的保护将是较为有效的。

缺点：在海底可能存在渔具、金属废弃物等磁性物质的复杂环境下，探测的精度将有所下降；铺缆船

在铺缆施工时，受海流潮汐的影响，所铺设的光缆是S形的，这在施工前所探测的光缆走向图上有所反映；因海上施工条件复杂，仍有一些不确定因素会影响打桩位置；冲挖光缆发现，要获取精准的光缆走向已不具备条件。

综合上述原因，海底光缆不像海底水管，管位容易定位，如若按上述方案实施，成功概率偏小，稍有不慎，极有可能造成断缆的后果。

3 砂垫层保护方案

在光缆两侧各20m范围内，先用摩擦力小的砂回填，厚度2m，再按海堤工程一般的处理程序进行上部施工。这种方案俗称“砌豆腐”，对光缆正上方的土体不进行任何加固措施，使土体在上部荷载作用下，依靠光缆外圈铠甲的抗拉能力，抵抗上部土体所产生的拉力。根据设计提供的数据，海堤施工时所产生的沉降在2m以内，只要松软土体与后填筑的松散砂垫层厚度在2m以上，该方案有成功实施的可能(见图2)。

图2 砂垫层保护方案(横向)(尺寸单位:cm)

后经相关科研单位建立模型分析，海堤施工过程中及施工后一段时间内，光缆所受拉力将不到100kN，拉伸应变在 0.50%左右，在光缆可承受范围内。

优点：该方案有效解决了海底光缆在定位上存在的缺陷，实施成功概率大，且可降低2/3成本，综合分析后，最终选择采用砂垫层保护方案实施。

缺点：要对光缆埋深的实际情况进行探测，并作模拟分析。

4 砂垫层保护施工

4.1 测量定位

光缆保护性施工前，先由某公司对拟建海塘区域进行海底光缆位置探测，以取得海底通信光缆在该区域的实际位置，为下一步工程施工提供依据。采用磁异常探测方案。磁异常探测的特点是能准确探测磁性物质所引起的磁异常，且不受空气、水、泥沙等介质的影响。这一特点尤其适合已被泥沙或淤泥所掩盖的海底光缆等物体。

在海塘施工区域垂直光缆向108m范围内按10m的间隔往返布设探测测线，在海塘施工区域外按20m布设探测测线，每条测线长度约250m；实际布设测线28条，有效探测测线24条。磁法探测采用GB-6A型海洋磁力仪及加拿大某公司生产的HR100型定位仪，其定位精度优于1m(见图3)。

图3 探测示意图

4.2 施工流程

砂垫层保护方案施工流程为：主堤围堰及子堤→袋装碎石→砂垫层→砂垫层上土工布与袋装碎石→预沉降6个月→上部结构施工。

4.3 施工方法

采用袋装砂或袋装碎石抛填修筑围堰，围堰内回填砂料，在砂垫层上铺一层80kN/m裂膜丝机织土工布后抛投50cm袋装碎石，船抛石料至0.00m高程，铺50kN/m土工格栅后按堤坝正常施工方法进行后续工程施工；子堤全断面用抛投袋装碎石处理。

施工期间，沿光缆走向每隔10m设一浮球，防止施工船舶在抛锚过程中铁锚勾到光缆。

4.3.1 袋装砂石施工

施工前，平板驳根据GPS测量结果准确定位；袋装碎石、砂由人工装袋后直接沿堤轴线从围堰内侧向外侧顺序抛投。

4.3.2 砂垫层施工

砂垫层施工时，运砂船在现场根据围堰四周测量标志，直接用运砂船上的皮带机输送砂料至围堰内。抛投砂垫层从围堰一侧向另一侧均匀进行，并根据抛填厚度与皮带机下料速度适时摆动皮带机下料位置，在土工布铺设前用铺布船上滚筒进行砂堆的平整后进行铺布作业。

中原人口迁往徽州前，已深受中原文化的影响，他们有根深蒂固的宗法观念，特别是汉族的官员，他们自己有很强的宗法意识。但在迁徙到徽州后，北方的汉族失去了多年积累的政治地位和经济特权，再加上躲到徽州避难，所以危机意识很重。因此，为了维护氏族的利益，他们仍然努力维护宗族结构，形成氏族武装力量，和中原文化相融合，巩固封建宗法制度。最后，南迁的人口反客为主，中原文化打败了原来的山越文化。因此，为了融入中原主流文化，宗族制度必须成为其强有力的工具，宗族组织已成为徽州社会结构的基础［3］。

砂垫层抛填量根据围堰内面积与厚度，并考虑40%的损耗量后确定，要保证抛足。

4.3.3 后续施工

砂垫层施工后及时跟进面层土工布与袋装碎石镇压施工。船抛石料在上述工作施工结束后，待基础自然沉降6个月后开始施工。

5 砂垫层保护方案施工重点

5.1 精准定位是关键

施工中，利用船载 GPS系统精确定位抛填。施工用船全都采用了国际上较为先进的GPS实时差分定位系统，该定位系统采用3台GPS-RT20接收机，经过全球24颗在轨卫星发播信号，结合地面卫星通信电台发播坐标信号，在作业船上设置2台RT20单频接收机，接受准确实时数据，输入计算机，解算出差分的精确位置坐标，由2台接收机两个X、Y点坐标相交形成船体设定区域矩形图，在计算机上按设计坐标设定好所需施工的位置，根据船体施工区域划分整体工程平面几何图，用4台锚机进行调节，将移动坐标和设定坐标几何图影重合。

5.2 各种抛填料提前量计算与认证不可或缺

由于潮流、潮向的影响，投抛砂包时势必有一定的漂移量，应根据测定结果进行调整。对涨退潮流态进行实际测定，选取如下抛距经验公式：

式中S——冲距，m；

vO——水面流速，用测速仪测定抛投点水面流速，m/s；

H——水深，用测深仪测定抛投点水深,m；

W——块石重量，kg。

按上述经验公式计算取得提前量后，先试抛一段，再由潜水员下水探摸各类抛填料是否正确落入设定的区域，如有偏差及时进行修正。

5.3 沉降观测可验证科研成果的准确性

在抛填时，埋设沉降、位移观测点，施工前期每天观测1次，沉降稳定后逐渐减小观测频率。根据原位观测单位提供的沉降数据，沉降量2520mm，与理论计算值基本吻合，从而推断光缆在海底的受拉情况与模型试验基本相近。

6 结 语

2012年10月，光缆砂垫层保护施工开始实施，截至目前，光缆运行正常，证明砂垫层保护方案在土体强度不高、海底设施有一定的抗拉强度,且沉降量小于松软土体或回填体厚度的情况下是切实可行的。该方案施工安全性高，建设成本低，施工便捷，值得在类似工程中推广。

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