基于“海洋物理探测＋分段防护治理”的新型海缆防护体系

沈清野 吴颖君 丁同臻 程 林 赵浩然 韩 磊

（国网舟山供电公司）

0 引言

舟山群岛的地理环境使岛屿之间的电缆架空线路建设受到诸多限制，海缆成为岛际供电的重要载体。随着港口贸易和大宗商品储运的不断发展，舟山海域各类船只出入与日俱增，海缆防外破形势日益严峻，对海缆“防外破”管理的要求也越来越高。目前海缆“防外破”管理存在的问题：一是海缆运行工况环境复杂，受技术条件限制，较早期投运的海缆埋深较浅，部分海缆甚至抛放在海床上，极易发生外破；二是海缆敷设区域点多面广，海缆登陆段和浅滩段受水深条件限制，埋设船无法在该区域深埋作业，多为直抛方式，众多海缆抛放在礁石或滩涂上，海缆极易发生礁石磨损或船只搁浅造成锚损和螺旋桨击伤等外破事件，不仅会给船舶带来风险，还严重影响岛上正常的生产生活。因此，海缆防外破管理的水平急需提升，及时发现海缆外破的风险，提前防护。本文基于传统的海缆防外破管理技术，提出了一种新的海缆防护体系，即“先探测、再治理、后复测”的海缆防护体系，首先采用地球物理探测手段查明海缆的位置及埋深情况，根据不同区段的海缆情况，对海缆进行分区段防护，防护施工后再进行复测，检验海缆防护措施效果，实现海缆防护体系闭环管理，真正实现海缆“零外破”的目标。

1 海洋地球物理探测探测

1.1 调查方法

本次调查的海底电缆为舟山某海域海缆锚泊重灾区，共9条海底电缆，直径约13cm。为查明海缆区地形地貌、海底面状况、海底电缆的平面位置、埋深、出露、悬空等情况，本次调查主要采用水深地形测量、侧扫声呐扫测、浅地层剖面探测、海洋磁法探测等调查方法。调查时对海缆两侧各100m范围进行多波束和侧扫声呐全覆盖测量，浅地层剖面探测和磁法探测测线垂直于海缆走向布设，间距为50m，主要仪器设备见表。

表仪器设备

现场测量［1-2］时多波束测深仪和浅地层剖面仪［3］采用船侧固定安装，光纤罗经运动传感器和姿态仪固定安装于船舱中，DGPS天线安装于船体顶部。侧扫声呐和磁力仪采用船尾后拖测量方式，拖鱼距离船尾80m，位置采用Layback校正，设备安装示意图如图1所示。

图1 设备安装示意图

1.2 数据分析

根据多波束和侧扫声呐调查资料显示，调查区内对海缆运维影响较大的海底面情况主要有锚钩痕、冲刷沟和裸露的海缆等，海底冲刷坑内局部海缆发生裸露，如图2所示。

图2 海底面情况侧扫声呐影像图

根据本次浅地层剖面探测数据，海底电缆位置及埋深的探测效果较理想，能够识别出海底电缆的位置和埋深，调查区海缆多处于埋设状态，仅局部海缆出现裸露，如图3所示。

图3 海缆浅地层剖面影像图

2 海缆分段防护治理

浅埋和裸露的海缆被损坏的风险较大，为了保障电力安全，需要对损坏的电缆及时抢修，同时需要对浅埋和裸露的海缆进行防护，采取的防护措施需要根据不同区段海缆的地理环境特点设计防护方案。

本文主要介绍近几年抢修过的海缆区段的典型案例，海缆区段分为海缆登陆段、潮间带段、海中段，如图4所示，根据海洋地球物理探测的海缆周边的海底环境针对性的设计海缆防护措施，最大程度降低海缆外破风险。

图4 海缆三段敷设断面

2.1 登陆段海缆保护

海缆登陆段区域，早期敷设的海缆基本采用直接抛放的方式施工，海缆基本处于失保护状态，登陆段区域环境复杂，部分区域基岩出露，受到海水冲刷或人类活动影响较大，存在海缆与礁石磨损风险和人员触电安全风险，针对该区域主要采取“包”、 “围”、“沟”、“顶”四种保护措施，其中“包”，即套管或混凝土包封；“围”，即安装围堰；“沟”，即电缆沟；“顶”，即预埋管道或定向钻孔。为更好提升海缆登陆段防护能力，可以根据海缆登陆段地形情况，采取多种“组合型”防护技措，即采取 “包”、 “围”、“沟”、“顶”组合型措施防护海缆。

2.2 潮间带段海缆保护

潮间带区段为海缆由登陆段往深水区敷设的过渡区段（浅滩区段），该区段主要位于海缆起犁区附近，海缆处于裸露状态或浅埋状态的风险较大，且浅水区往往是大型船舶搁浅的高风险区，船舶搁浅容易对海缆造成搁浅压伤或螺旋桨击伤的风险，针对该区段的特点，结合以往海缆防护运维经验，主要采取“挖”、“压”结合防护措施。

“挖”，即全程冲埋、先敷后埋：由于浅滩区水深较浅，海缆敷设后，采用冲埋水枪对海缆敷设区冲沟，通过海缆的自重下陷和自然回淤达到埋设海缆的目的，本方式适用于水深较浅的潮滩带区域。“压”，即放置Ω形保护盖板：由于潮间带区域水流较缓，具备精准放置防护盖板的条件，根据海洋地球物理探测出的海缆位置，采用GPS定位和潜水员下潜精确引导方式实现盖板的精准施盖，施工后再进行复测以确定盖板的放置位置。相关试验表明，Ω型盖板的特殊弧形结构设计可以使船锚从上方划过Ω型盖板，从而有效防护海缆被锚勾断。Ω型盖板扫测效果图如图5所示。

图5 Ω型盖板扫测效果图

2.3 海中段海缆保护

海中段作为为海缆敷设路由最长区段，其海缆防护是重中之重，最有效的防护方式就是“深埋”海缆，但受制于水深、底质和施工技术等条件的限制，海缆深埋较难达到设计要求。海中段海缆的传统防护方式为在裸露区段海缆上方铺盖联锁排盖板或者直接更换较短的故障重灾区海缆。对于检修过后海缆受制于技术条件和经济性考虑，检修后海缆往往直接抛放，无法得到良好保护，易发生海缆锚损。

为了对海中段海缆进行有效的保护，采取“拦”的新型海缆防护措施，即在海底放置主动拦截锁链，即在海缆两侧均匀布放钢管桩，桩与桩之间采用锚链相连的方式，如图6所示，当船舶在海缆附近海域锚泊走锚时，船锚会首先与锚链接触，锚链将船锚的锚抓力传递至钢管桩，钢管桩抵抗船锚的锚抓力，从而让船锚在钩挂海缆之前停止运动，以实现对海缆的防护。

图6 拦截索链海缆防护措施平面图

3 结束语

为了对海底电缆进行防护，本文论述了不同区段的海缆防护措施，结合海洋地球物理探测的海缆位置、埋深和海洋环境数据，针对海缆登陆段、潮间带段、海中段的海缆施工方式和海洋环境特点，采用海缆分段防护理念，在海缆深埋保护无法得到保障前提下，总结出“包”、 “围”、 “沟”、 “顶”、 “挖”、“压”、“换”、“拦”八种技术措施，再通过地球物理探测方法对防护措施进行施工后复测，指导防护措施的施工修正，其中Ω型海缆防护盖板和“拦截锁链”主动防护措施是在当前海缆防护体系建设中比较新型前沿技术措施，在舟山海缆防护实践中也得到了印证，为探索海缆运维防护能力提升提供了治理依据，具有较强工程实用价值。