海缆保护性打捞技术研究

何青春

摘要：目前国内外对海缆敷设应用研究较少，海缆勘测、设计、施工和运行的经验等经验较少，如何进行水下勘探，海缆定位，海缆保护性打捞，海缆敷设安装等问题都是摆在面前的问题。为了解决这些技术上的难题，配合实际施工上的需要，我们需要对实际项目中的为海缆施工进行更加细致的调研与分析，为今后的用户提供更经济，工期更短，影响更小的工程解决方案。文章结合工程实例对海缆保护性打捞技术进行理论设计方面和施工方面的研究和分析，为行业内的施工技术提供借鉴作用。

关键词：海缆；打捞；登塔

1.工程概况

该工程是用于大型方驳的海缆打捞施工，能够最大限度的安全回收已敷设的海底电缆，确保搬迁阶段海底电缆的安全及性能。电缆打捞回收后主要采用履带输送机传输电缆并盘放至施工船上，这种方式在电缆生产厂家以及生产厂码头向运输船过缆中，使用得较为广泛。同样，在电缆敷设、埋深施工及电缆回收中也常常用到这一输送形式。采用履带输送机作为动力，既能满足电缆技术要求，又能将设备不仅用于过缆施工，还用于电缆敷设、埋深施工及电缆回收中。这样，既满足了施工要要求，又能将专用设备转换为通用设备，大大提高设备利用率，降低了施工成本。

2.海缆保护性打捞相关设计

2.1电缆盘放区电缆盘的尺寸设计

电缆盘设计既要满足电缆容载要求，又要考虑施工船只的选择。本工程中，由于电缆盘尺寸较大，采用的施工船也需有较大甲板面积。电缆盘设计须要考虑的技术参数，主要有：

电缆总长度：L=600m

电缆盘绕最小弯曲半径：r=5m

电缆允许最大承载侧压力：F侧=20kn/m

电缆单位重量：G1=77.8kg/m

电缆外径：φ=188mm=0.188m电缆最小退扭高度：H=12m

由于本电缆最小退扭高度H=12m，在安装退扭架时要考虑到电缆的堆高，退扭架高度随电缆堆高增大而增大。为确保施工船舶稳定性，退扭架高度应尽可能做到最小，既电缆堆高最小。本工程施工船舶选用的是宽21.4m，长度91.5m，型深4.9m的甲板驳。考虑到两侧船舷设置人行通道，电缆盘最大半径R=8m，具体尺寸参数如下：电缆盘由内、外圈圈组成，采φ70无缝钢管制作。其中，内圈外直径10m，外圈内直径16.0m；内圈高度3.0m，外圈高度2.0m。电缆实际堆高h=Φ*600/[π*（D+d）/2*（D-d）/Φ]=0.188m。

图1

2.2电缆退扭架设计

退扭高度是电缆过缆的一个重要参数，本工程海底电缆较为特殊，电缆退扭高度由厂家给定为12m。

图2

如图2所示，电缆从海底打捞上来以后牵引盘放到施工船舶电缆盘内，均须要经过退扭。而从海底打捞上来的电缆最低水平位置较施工船缆盘水平位置低，因此主要考虑施工船上电缆退扭高度。去掉电缆堆高的影响，实际退扭高度应在电缆堆放顶层至退扭架顶出口处的高度，如上图中的“h”。为保证电缆弯曲半径，退扭架电缆出口部分的弧槽均采用四分之一圆弧，圆弧弯曲半径5m。这样，退扭塔顶的最小高度Hmin=h+0.2+5=18.2m。但将总重量达19吨的退扭塔提升至近19m高度，其支柱必须有足够强度。其稳性验算：（考虑船舶最大横倾15°时情况）

最大扭矩N=G×Z=38吨×5.1m=1938kn×m

如此具大的扭矩，基础及支撑只能采用强度较高的桁架结构。支撑腿采用品字形分布，如图3：在驳船横倾15°度时，退扭塔重心仍落在A、B、C组成的基础范围内，有利保持驳船的横稳性。由于驳船长度长，长宽比达4.3：1，因此，纵向稳性可以不予计算。

图3

2.3过缆动力设计

如图4和图5所示，最大电缆输送力：

F=△G+f=（G1-G2）+G3×0.2=13.75kn

式中，f为电缆摩擦力，G1为h1电缆重量，G2为h2段电缆重量，G3为与滚轮有摩擦段电缆重量。电缆与滚轮架之间摩擦系数取0.20。为提供电缆输送动力，布缆机设备采用由硬质橡胶块组合而成的覆带抱合电缆，由电机传动覆带，达到播送电缆的目的。

图4电缆输送纵剖面图图5抱合电缆断面图

输送电缆时，通过液压系统调节油缸压力，亦即调节对电缆的抱合侧压力；从而调节对电缆的磨擦力、牵引力。根据电缆所允许的最大侧向压力要求，可以计算电缆抱合长度，也是布缆机覆带最小长度。牵引力F=F侧×L×f

L=F/（F侧×f）

式中，F侧为电缆允许最大侧压力：F侧=10kn/m

f为电缆外护层聚丙烯绳与硬质橡胶覆带间摩系数，取f=0.8。

经计算：L=13.75/（10×0.8）=1.72m这样，加工2m长度以上的覆带式布缆机，就可以满足本工程过缆动力要求。

3海缆保护性打捞中的电缆盘放技术

电缆经退扭以后，由退扭塔顶进入缆盘进行盘放。电缆盘放逐层进行，盘放方向一般为俯视顺时针方向。盘放顺序遵循先内后外，先下后上的总体原则。大直径电缆一般先由里圈开始，逐圈盘放至外圈；第二层再由外圈盘放至里圈，在以往工程任务，所采用的电缆直径较小，承放缆盘尺寸相应较小，均采用人工方式盘缆。本工程中，电缆单位重量太重，盘放时需要较大的水平推力，人工盘放难以进行。水平推力计算如下：其中，G为悬空段电缆重量，为悬挂段AB电缆倾斜角。90°-θ=arctan（10.2/8）

G=10.2/cosθ×77.8kgF=G×sinθ=6.22kn

可见，在盘放外圈电缆时，所需最大水平推力达6.22kn，如此大的推力，人力是难以办到的，必须采用机械装置。为此，项目设计了一套机械手柄，进行电缆的盘放。

4海缆保护性打捞及登塔施工技术

4.1电缆打捞点的确定并切割

电缆打捞施工前，首先根据DGPS定位，吸泥工作船抛设8字锚顺水垂直就位于电缆轴线上，利用空气吸泥装置沿电缆轴线垂直方向吸泥，直至找到电缆。为确保在吸泥过程中电缆不被空气吸泥装置损坏，在空气吸泥机上安装有聚乙烯套管。电缆找到后用空气吸泥装置分别沿电缆两端吸泥，直至该段电缆上的上覆土清除，由潜水员在该处采用水下切割机将电缆切断，将要打捞段切断的电缆头系上钢丝网套，并在网套头部设置牵引钢丝与收缆船上卷扬机连接。

4.2电缆打捞与回收

打捞段上的电缆头与收缆船上8t牵引卷扬机连接后，启动空气吸泥装备，将电缆上层泥土清理完毕后收缆船开始收缴8t牵引卷扬机，电缆头牵引到退扭架上的布缆机后，然后靠布缆机及牵引卷扬机辅助通过退扭架将电缆盘放在储缆盘内，收缆过程中靠收绞锚泊钢丝移动船位。根据以往施工经验至少要打捞500m电缆才能有足够的余量保证电缆在安装上铁塔时不被损坏。电缆终端登塔施工电缆打捞工作完成后，施工船舶在铁塔附近锚泊就位，选择在水流方向背离铁塔方向时，采用布缆机及卷扬机辅助将电缆释放到水中，用轮胎将电缆浮在水面上，在水流作用下为确保电缆的弯曲半径，用工作小艇操作将漂浮电缆呈“Ω”形状，控制电缆的弯曲半径。回收电缆全部释放完毕后，将与电缆头上网套连接的牵引钢丝送到缆塔上，采用牵引设备将电缆头牵引到铁塔上并进行安装。电缆登塔施工完成后工作小艇将轮胎解除，将预留电缆余量沉放在河床，潜水员水下冲埋将电缆埋深至设计要求。

5结语

随着我国岛屿和海域的日益开发，海洋石油工矿业经济的高速发展，水域和海域对电力的需求量日益增大，海缆的铺设达到等施工也越来越多。掌握好海缆的打捞技术对水域内的海缆回收和清理工作非常有意义。相信在不断发展的海缆打捞技术和海缆打捞装备的支撑下，一定会让我们的海底海缆保护性打捞技术能够更加先进，走在行业施工技术的前列。

参考文献：

[1]叶银灿，姜新民，潘国富，江伟.海底光缆工程[M].海洋出版社.2015-10.

[2]全志辉.深海光缆维修中的打捞[C].首届全国海底光缆通信技术研讨会.2006.

[3]曾昭磊，周学军.拖曳打捞锚打捞海底通信光（电）缆的力学建模分析[J].电线电缆.2009.