海底管线保护工程中的合理努力原则与合同执行和审计

2020-09-23吴庆华陈令克

工业安全与环保 2020年9期

吴庆华陈令克

(1.中南电力设计院武汉 430071； 2.长沙学院长沙 410022)

0 引言

海底管线的技术复杂、投资巨大，使得海底管线的保护免受外界破坏成为工程设计中最受关注的重点之一[1-2]。海底管线的保护方案众多，本文主要讨论较为多见和常用的冲埋保护和抛石保护[3-4]。冲埋保护具有作业效率高、保护效果好和费用较低的优点。在无法冲埋的区域，抛石保护是主要的保护手段。

管线保护的效果受到海底地质地形条件、障碍物情况、保护水平设定、设备能力、保护效率等因素的影响。合同双方对此有较为充分的认识可有助于合同的顺利执行。

本文从海底地质勘察、保护水平设定、选择合适的保护设备入手，说明引入合理努力原则的必然性；通过确定保护设备参数、一定的保护工作效率、过程的日报认定，说明合理努力原则的执行流程。

在合理努力原则条件下，管线保护的工程量存在一定的不确定性。为了便于合同执行，保护双方的权益，必须确定基本的工程量和一定的变动费率，以保证工程顺利执行和便于后期的审计的开展。

1 海底勘察的局限性与采用合理努力原则的必然性

海底勘察是一项较为困难、费时费力而又相当重要的工作，海底地质地形条件、障碍物情况与海底管线的保护方案和水平直接相关。图1为典型的1 000 t级专业勘探船进行海上钻探。出于投资的考虑，海底地质勘察点的密度有限，而海底管线是连续敷设在海床上，需要每一点的地质信息。因此，合适的勘察点密度尤为重要，在《海洋调查规范》(GB/T 12763—2007)[5]和《海底电缆管道路由勘察规范》(GB/T 17502—2009)[6](以下简称《规范》)中均有相应的规定。

图1 1 000 t级专业勘探船进行海上钻探

海底地质条件勘察的主要方法有地层剖面探测、底质采样、工程地质钻探和原位试验等[7]。《规范》对海底地质勘察点的分布作了明确的规定。地质采样站位布置间距为：近岸段500～1 000 m，浅海段2～10 km；工程地质钻探钻孔间距为：近岸段一般100～500 m，浅海段一般2～10 km。

据测算，一个典型的海底管线工程海洋勘测费用折算到工程地质钻探钻孔数(含CPT)上的综合单价约为10～25万元/孔，每10孔的完成时间约为3～8 d。由此可知，孔数与勘察的时间和费用需综合考虑。

海底地形和障碍物的探测设备主要有侧扫浅剖系统、浅水多波束仪等。这些探测设备的探测能力受海洋条件制约，精确度有限。

海底勘察时间和费用是有限的。从另一个角度看，海底电缆的敷设是连续的，而钻孔或采集是离散的。由此，海底勘察的局限性带来了采用合理努力原则的必然性。通过施工阶段采用合理努力原则，可以解决海底勘察时的不足。

2 保护水平设定和保护设备参数确定是采用合理努力原则的基础

2.1 保护水平设定

海底管线的保护方式有多种，包括预挖沟、保护套管、冲埋和抛石等，本文仅讨论应用最多的冲埋保护和抛石保护。

冲埋保护是利用水犁或冲埋机产生的高压水流，冲走海底管线底部或两侧的海底土层，形成电缆沟，电缆自然落入，而后冲起的泥土回落形成电缆的覆盖保护层。这种方法效率高、效果好而费用相对低，是海底管线较为通用和常见的保护方式。典型的水犁和冲埋机如图2所示，其中水犁主要用于边敷边埋的施工方式，冲埋机主要用于先敷后埋的施工方式。

(a)水梨

对于地质条件过于坚硬的情况，如不排水抗剪强度在150 kPa以上时，冲埋保护无法有效达到目标，可以采用抛石保护手段。抛石坝要计算洋流作用下的稳定性。典型的抛石保护施工和抛石坝如图3所示。

(a) 抛石保护施工

根据研究，海缆所受危害最主要的因素是锚害，锚的重量越大，可能产生的锚害越大。

管线本身不具备抗锚能力，必须通过工程保护或综合防控手段来防止锚害[8-10]。一般而言，设防水平越高，工程投入越大，且呈指数曲线上升。因此，需要合理地确定管线抗锚害的设防水平。

对于不同的设防水平，结合路由区段的锚害概率，进行风险分析计算，得到相应不同的事故概率。同时，对于不同的设防水平，进行工程量和投资分析计算，作为最终设防水平的确定依据。综合各种因素，选择可接受的事故概率和工程投资，确定工程设防水平。

冲埋保护的深度与海底地质条件呈现一定关联关系，如图4所示。研究表明，锚的贯入深度与海底地质条件直接相关。海底土质的饱和不排水抗剪强度越高，锚的贯入深度越小，反之锚的贯入深度越大[10]。图5表现了锚的贯入深度与饱和不排水抗剪强度的关系。一个典型工程的设防水平为抗1 t锚，由图5可得1 t锚的贯入深度。由此，工程设计方案将给出一个目标埋深表，作为保护水平的设定。

图5 锚的贯入深度与饱和不排水抗剪强度的关系

图4 保护水平与埋深的关系

保护水平设定之后，合理努力原则将按此作为工程实施的依据。

2.2 保护设备参数确定

冲埋机械的主要设备参数有出口水压和水量两个指标，同时还有工作效率，也就是冲埋机的前进速度[11]。对于100 m的水深，一般采用的是水下泵，以减少水头损失；对于10 m左右的水深，一般采用的是水面泵，实现相对简单，水头损失的影响小。对于饱和不排水抗剪强度在100～150 kPa范围内的土质，出口水压一般在1 500～2 000 kPa。水量一般在数百至数千m3/h之间。一般情况下，冲埋机的前进速度在数m/min之间。

冲埋机输出特性曲线显示，在小流量时可获得较大出水压力，在低水压时可获得较大出水流量。对于不同的土质条件，需调节合适的出口压力与水量，形成较好的冲埋效果和效率。

对于边敷边埋方式下的冲埋设备一般是水犁。水犁是在敷设电缆时同时实现冲埋保护。水犁除了水对土层的作用外，本身与敷缆船有钢缆联系，可借助敷缆船一定的拖曳力，提高冲埋效率。对于先敷后埋方式下的冲埋设备一般是冲埋机。冲埋机自带动力和寻迹功能，在电缆已敷设完毕后实现冲埋保护[12]。

抛石保护的主要设备指标有抛石船一次性的载石量、落石速度、水下ROV的定位能力和准确性。合适的参数选择可以保证保护的实施效率和石料的利用率。

合理努力原则将以此参数作为确定合理努力原则的依据。

3 合理努力原则的执行

合理努力原则(Reasonable Endeavor Criteria)的基本思想是以双方约定的一组条件，即一个合情合理的工作状态和效率完成预定的管线保护。

3.1 对于冲埋保护

以双方约定的一组参数作为冲埋工作的条件，如冲埋机的出水压力、出水量和冲埋机前进速度，进行保护工作。

(1)在边敷边埋方式下，采用水犁作为冲埋设备。当遇到较硬的土层时，水犁的牵引力增加，当牵引力达到某一个预设值时，水犁的前进速度便会下降。一般地，如果前进的瞬时速度降到2 m/min或以下，且平均超过10 min，冲埋机的喷射臂会缓慢抬高，前进的速度也会逐渐恢复到22 m/min；如果冲埋深度小于0.5 m，前进的瞬时速度降到22 m/min或以下，且平均超过10 min，则该区域视为不能冲埋。当遇到较软的土层时，水犁的牵引力减少，喷射臂会降低高度，前进速度达到预设值，使得埋设深度加大。

(2)在先敷后埋方式下，采用冲埋机作为冲埋设备。与边敷边埋类似，同样预设一个合理的冲埋速度范围，根据速度的大小，调节水刀的角度，使得工作速度可控，埋深在一个可接受的范围内。当水刀的角度达到最大，即最大埋深时，可尽量提高速度和效率，缩短工期。

3.2 对于抛石保护

抛石量受到能见度、水深、洋流、海底地形和障碍物等多种条件的影响，会产生一定偏差。双方需确定抛石坝的尺寸和偏差，抛石总量和偏差，抛石位置和长度等条件。当施工方按预设的装载量和船次，抛石路径和坐标，石坝的尺寸等条件实施时，即认为完成抛石保护。

保护过程中出现偏离预设条件时，应完成以下行为：①将相关部分的坐标记录到航行日报中；②通知相关方；③中断当前的保护；④绕过该部分，找到认为可继续实施的最近位置，尝试继续保护施工。各方签证后，绕过部分的保护被认为满足合理努力原则，更换或加强保护方案符合重新增加工程量部分。

实际上，合理努力原则是海底管线保护工程中较为通行的做法。多数海底管线的保护都遵循这个准则，这样可以将双方的风险都控制在一个合理的范围内。

合理努力原则的执行流程如下：

(1)设计方根据自身管线保护的需要，确定保护方案原则。在该原则下，考虑一定安全系数后确定目标埋深，即对应不同的饱和不排水抗剪强度有不同的冲埋深度要求。

(2)施工方根据设计方要求，提出相应能力的冲埋设备和工作方式，提供冲埋设备在最大工作状态下对应不同的饱和不排水抗剪强度的冲埋深度曲线，并得到设计方的认同。

(3)当施工方的冲埋设备处于双方约定的设备出力状态和工作方式下操作时，便认为满足合理努力原则的条件。双方还可约定施工方实时提供设备工作参数，设计方可随时通过屏幕监视设备状态数据。

(4)以双方签署的日报作为合同执行和结算的依据。

4 合同执行和审计

根据国家相关规定，工程建设项目要进行工程审计。常规陆地工程的隐蔽或可视部分，有许多成熟的审计方法和手段，对于隐蔽部分，必要时还可以重点或局部开挖查看。海底电缆工程相比陆地工程而言，有其特别之处，尤其对于海底保护部分。一般情况下审计人员不可能到达海底，技术手段上的可视性对于非专业人员也较难阅读。但工程建设有其必然可循的规律，工程建设过程中完整准确的记录可以较好的解决审计难题。

在合理努力原则的条件下，冲埋保护工程的工程量存在一定的不确定性；其次，冲埋工程的费用主要由动遣费和日费构成；同时，天气船期等因素造成的待命等影响也不可忽视。因此，工程费用存在较为复杂的多因子关系，这些都必须事先给予充分考虑。