海上風電項目長距離海纜敷設ROV后沖埋施工探析

張 沖

(上海康益海洋工程有限公司 上海 200438)

0 引言

海底電纜的敷設，遠比在陸地上敷設電纜困難。海上作業需要克服大風、深水、激流、濃霧、穿越五大困難，再加上海上天氣多變、風浪大、海底能見度低，大大增加了海纜敷設的難度。目前,在國內沿海海上風電項目海纜施工過程中,主要采用“邊敷邊埋”沖埋式埋設犁施工法———通過埋設犁(水力開溝機)泵送高壓水,在海底沖出一條溝槽的同時，將海纜平鋪下去,然后利用在潮汐作用下海床面自行回填(必要時采取壓蓋保護施工)。主要施工步驟包括:埋深施工船錨泊就位→纜盤內電纜提升→電纜放入甲板入水槽→電纜放入埋設機腹部→投放埋設機至海床面→牽引施工船敷埋電纜→回收埋設機至船甲板→終端登陸升壓站/ 換流站平臺[1]。但該方法的施工限制因素較多，施工風險也較大。隨著海上風電項目的發展，長距離的海纜敷設項目也越多，現有的施工方法很難保證其施工質量和安全，改進現有的施工方法是目前亟需解決的問題。

1 邊敷邊埋施工限制因素分析

當前，由于海纜施工業務主要集中在風電市場內，受國家電價補貼政策影響，此類項目進度計劃有明確節點要求，如超出工期，參建單位與業主都會造成嚴重損失。因此，在確保安全和質量的前提下，控制施工工期，成為各方節約項目成本、確保營收的關鍵一環。而邊敷邊埋限制因素較多，主要分為以下兩個方面：

(1)海纜長度

隨著風電建設，在國內主要參與省份近海海域內已趨近飽和，施工設備和技術力量在先前建設中已經有了長足的提升，風電建設逐漸向資源更加豐富的遠海發展。單回路長度從10 km逐步發展到20 km、30 km……截至目前，海纜施工單回路總長度可達100 km(加裝兩個現場硬接頭后，施工單根長度約33 km)。隨著海纜長度的增加，海纜路由水深也逐步加深，這些區域海纜的敷設施工困難甚至無法采用傳統的邊敷邊埋施工。

(2)土質及海況

在現有船機設備水平及地質、海況條件良好的情況下，施工工期與施工長度基本呈正比增長；而施工長度一定，地質及海況在船機設備施工能力范圍內，工期受其影響不大。一旦超出其能力范圍，施工工期將大幅度增長。具體關系如圖1所示。

圖1 工期與影響因素(施工長度、地質/海況)關系示意圖

海纜開始施工后，基本呈連貫、線式進行。因此，在不破壞海纜的情況下，施工窗口期同樣需要連續幾天良好的海況。然而，在海上風電建設正如火如荼開展的區域，滿足此要求的時間少之又少。以廣東陽江施工項目為例，每年到6、7月份之后到10月底前，在這個區間內，才可能出現施工窗口期。看似時間不短，但這個時期是臺風頻繁登陸的季節，導致作業天數進一步縮短。受合同制約，船機設備按照約定進場后，為了等待施工窗口期，長時間在現場等候，造成嚴重窩工。

在長距離的海纜路由上，往往也存在不同的海底地質，可能是淤泥、砂、黏土、粉土或者巖石。而邊敷邊埋的施工工藝在埋設施工過程中，不能進行埋設機更換，因此很難適應不同地質條件的埋深作業。

2 ROV后沖埋敷設施工

2.1 ROV后沖埋系統介紹

為了改變這種窘境,現階段考慮借助ROV 來進行海纜敷設施工。ROV,即遙控無人潛水器(RemoteOperated Vehicle),無人水下航行器(Unmanned UnderwaterVehicle,UUV)的一種[2]。

ROV后沖埋系統是近年來研發的專門進行長距離高壓海纜先敷后埋的施工工藝。所謂“后沖埋”，即敷設階段，利用布纜機、船舶自身DP動力定位系統以及海纜自重，按照設計路由要求，只對海纜進行拋放，由此節省下大量埋深施工的時間，具有提高作業安全性和靈活性等特點。系統組成一般包括：動力推進器、遙控電子通訊裝置、黑白或彩色攝像頭、攝像俯仰云臺、用戶外圍傳感器接口、實時在線顯示單元、導航定位裝置、自動舵手導航單元、輔助照明燈等單元部件。

一般情況下，ROV布置于DP施工船的船艏。通過對ROV系統進行電力和機械連接。在ROV控制間、打樁控制間、起重吊車控制間之間建立ROV視頻/音頻信號連接，進一步將ROV控制室接入作業船GPS中心的定位信號，建立與作業船駕駛臺、打樁控制間、起重吊車控制間之間的通訊。

ROV上裝載沖埋水槍2只水槍臂，位于海纜的兩側每只水槍可單獨運動間距可調500 mm范圍內，相對水下環境的水壓最大10～15bar，最大流量560 m3/h，沖埋水槍噴射口前、后、下方向。

2.2 ROV關鍵施工要點

施工前，應對設備進行安裝、調試。對ROV各項參數進行確認、系統各項功能進行檢查，確保滿足后埋深需要。隨后通過ROV母船DP動力定位系統(圖2)控制ROV，到達纜線拋放或淺埋位置。

圖2 DP施工船推進器系統及動力定位控制系統

ROV施工時，在海纜附近路由上，將ROV在工作點附近放入水中，打開水下照明、水下攝像、TSS440磁探儀(一種采用電脈沖感應原理的水下金屬探測工具，在水下能找到埋地10 m的金屬管道或電纜)、聲吶、信標等檢測設備，投放過程如圖3所示。

圖3 ROV投放示意圖

根據TSS磁探儀和定位系統的信號，將ROV移動到工作點的起始位置海纜正上方，放下水槍，確保海纜在水槍中間，打開水泵，按照TSS磁探儀和定位系統的信號，以每小時100 m～200 m的速度移動ROV。為了ROV的操控和效果更佳的海底能見度，通常ROV前進的方向與海底暗流的方向相反。

施工至對應的結束位置，關閉水泵，收起水槍，ROV轉動180°后，移動至上一次沖埋結束的位置，放下水槍，確保海纜在水槍中間。打開水泵，按照TSS和定位系統的信號以固定速度移動ROV，直至上一次的開始位置。至此完成往復一次沖埋施工，確保海纜埋深滿足施工質量要求。

通過分段沖埋，最終完成整段海纜后埋深施工。

3 項目應用實例

目前已在海南聯網二期項目及浙能嘉興一號海上風電項目中，成功應用此種工法進行海纜后埋深施工。

3.1 海南聯網二期項目

海南聯網二期工程是我國重點工程，工程起于廣東500 kV湛江港城變電站，止于海南500 kV福山變電站。共設4根500 kV超高壓海底電纜、充油式絕緣電纜，穿越瓊州海峽，單根長度達32 km，是目前世界上單根最長的500 kV交流海底電纜。

施工船主要負責淺灘段的敷設作業，在距岸邊6 km左右的地方就位，沿著海纜路由向岸邊敷設，在距離海岸1 km左右將海纜懸掛在浮球上，通過岸上的牽引機牽引上岸，然后拆除浮球，使電纜下沉到電纜溝槽里。最后利用TC400ROV，對此段1 km海纜進行后沖埋施工，確保海纜埋設深度滿足設計要求，保障海南島正常供電。

3.2 浙能嘉興1號海上風電項目

嘉興1號海上風電場項目登陸點，位于獨山港區2號泊位棧橋西側約1100 m的海堤處。其西側約60 m為寧波-上海-南京進口原油管道登陸點，東側規劃為獨山港區A區規劃8#泊位，兩側距離最窄處僅150 m，且由于臨近項目——華能嘉興二號、嵊泗二號規劃路由也在該通道通過。為保證現有石油管線安全，同時為規劃8#泊位留有施工安全區域，因此，實際3個項目6根海纜，敷設寬度為20.3 m，施工難度極大。

項目施工過程中，在海纜拋放階段，通過合理設計錨位——定位錨拋在管線外側時，距離最西側油管的安全距離至少150 m；錨位拋在在油管內側時，距離最東側管線的安全距離至少100 m。根據施工船錨泊系統的配置，靠近油管側兩臺錨機鋼絲繩長度均為1200 m。考慮預留、損失長度以及水深情況，拋錨距離不少于1000 m,錨位設計如圖4所示。

圖4 現場錨位設計圖

最后，再使用ROV母船搭載ROV——TC400，對拋放段海纜進行后埋深施工，確保埋設深度滿足設計要求。

4 主要風險及針對性措施

4.1 拋放施工增大海纜受損可能

受海況影響，海纜拋放后，后埋深施工大概率不能繼續施工，海纜會暴露在海床面上一段時間，這段時期內存在過往船舶臨時拋錨的可能，海纜遭到破壞的概率增大。

針對性措施：對施工區域加強警戒，同時積極與當地海事監管部門取得聯系，條件允許的情況下，提供海纜拋放路由及保護方位，警示過往船舶，防止發生意外。

4.2 ROV與船舶推進器絞結

相比較大多數無自航能力工程船舶，采用錨系固定，以及能在有限范圍內通過絞放錨纜移動,DP船在動力定位工作時船艏、船尾以及船左右舷兩側都有推進器在工作。ROV下水作業中最大的風險點是臍帶纜或ROV被吸進船推進器內，被切斷絞毀[3]。

針對性措施：整個施工過程中，要全程關注ROV及臍帶纜姿態、與母船推進器位置，發現有靠近趨勢，可通過控制系統及時調整，保證船機設備安全。

5 結語

ROV后沖埋施工工法的使用具有以下兩個意義：

(1)解決了船機設備長期窩工的困境——把大長度埋設作業，拆成分段分時作業，提高作業的安全性和靈活性，敷設施工工期大大縮短，船機設備窩工的現象也得到進一步緩解。

(2)能夠更好地解決不同地質下海底電纜的埋深。根據事先的路由勘測報告，在不同的地質段匹配不同的埋深設備，將電纜埋深到位。

我國海岸線綿長，根據目前沿海地區的發展需求，海底電纜今后應用將會更加廣泛，由此將帶來更加復雜的施工環境。隨著對ROV施工技術的深入掌握，后續將依托項目施工，對海纜現場硬接頭安裝及深海海纜后沖埋施工領域進行拓展。