800m水深无中继海底光缆抛放敷设施工关键技术研究 摘要：随着我国国防建设逐渐拓展至我国南海诸多岛屿，对深海海光缆的建设需求也逐年增多然而，目前国内的施工能力仍局限在200m以内的浅海海缆敷设、埋深作业，对于超过200m以上的深海海缆施工作业，仍是空白因此需要对大水深海底光缆的敷埋设技术进行深入研究关键词：海底光缆深水施工800mwaterdepthnon-relaysubmarinecablelayingfacilitykeytechnologyresearch[Abstract]AsChina'snationaldefenseconstructiongraduallyexpandstomanyislandsintheSouthChinaSea，thedemandfordeepseaopticalcableconstructionhasalsoincreasedyearbyyear.However，atpresent，theconstructioncapacityinChinaisstilllimitedtothelayinganddeepeningofshallowseasubmarinecableswithin200m.Theconstructionofdeepseasubmarinecablesover200misstillblank.Therefore，itisnecessarytoconductin-depthresearchontheembeddingtechnologyoflarge-watersubmarinecable.[Keywords]Submarinecable；Deepwaterconstruction1概述随着我国国防建设逐渐拓展至我国南海诸多岛屿，对深海海光缆的建设需求也逐年增多。
相对于国际上相关跨国海缆施工企业已经掌握数十年之久的深海海缆敷埋设技术，目前国内的施工能力仍普遍局限在200m以内的浅海海缆敷设、埋深作业，对于超过200m以上的深海海缆施工作业，仍属空白领域为切实填补技术空白，满足日益增长的建设方需求，行业内迫切需要对该领域进行探索，以最经济、快捷的实现路径，尽快实现技术上的弯道超车，掌握相关的关键技术，服务于国内的建设需求2深海海缆敷设技术理论及施工工艺流程研究深海海缆的敷设和以往浅海海缆敷设相比，在敷设施工理论上，有着诸多的不同原先在浅海海缆敷设过程中使用的，基于导缆笼的无张力施工工艺，并不适用于深海深海海缆往往采用“定张力敷设法”或“定余长海缆敷设法”来进行海缆的敷设定张力敷设法”指的是：在海缆敷设过程中，根据事前调查的海底地形的变化，制定张力敷设计划，施工过程中，通过可控制海缆布放张力的施工设备，对海缆敷设张力进行控制在海缆敷设过程中全程控制海缆敷设张力，以控制海缆弯曲半径及受力定余长敷设法“指的是：在海缆敷设过程中，根据事前调查的海底地形的变化，制定海缆余量控制敷设计划，施工过程中，通过可控制海缆布放速度的施工设备，对海缆敷设速度进行控制在海缆敷设过程中全程控制海缆敷设速度，达到确保海缆在整个敷设路由上余量合适、贴合海床面的效果。
2.1海缆敷设张力控制海缆进行敷设作业时，需要依靠专用的张力控制器对海缆施加恒定的张力，确保海缆在施工过程中始终处于一定的绷紧受力状态，从而抵消海缆的自重和水流的影响，防止海缆过度敷设造成打扭等质量事故用于施工的张力控制器最大可施加张力为15吨，系统传感器可实时监控缆线的受力情况，同时将控制信号传递给液压马达，依靠马达带动鼓轮旋转产生反向力矩，从而抑制光缆下攒施工作业时，系统将根据水深调整张力控制器的最大预警值，使系统在张力超过设定时及时减小反向力矩，在防止缆线下攒的同时将缆线的张力控制在设计范围内张力计数据也将会接入动力定位系统，在张力过大时，动力定位系统将会降速停车，防止缆线损坏同时，敷缆施工过程中，由测试人员全程使用OTDR检测光缆的衰减及应力，一旦有异常情况立即通知施工人员停下检查情况，确保施工期间光缆的受力的安全2.2海缆敷设余量控制除张力控制外，大水深海缆敷设施工同时可采用海缆敷设余量控制技术，通过比对实际敷缆长度与敷缆船走过的路由长度，始终控制敷缆余量，防止海缆在敷设过程中因余量不足发生悬空现象或余量太多在海底打圈海缆余量控制采用专用软件控制，通过压紧在光缆上的计米器测量海缆的实际敷设长度以及gps系统实时测得的施工船的坐标位移，结合软件内置的施工海域的水深、地形，通过海缆敷设软件实时计算出对应的余量控制策略，软件反馈布缆鼓轮机通过调整布缆鼓轮机的速度控制调整控制海缆敷缆余量。
敷设余量过多情况：若敷设余量过多，则敷设的海缆容易在底部打小圈，严重威胁海缆安全若施工水域水深变化较大，为做到安全合理施工，可按照路由地形变化将施工路由分为若干区段，根据余量计算方法计算每个区段的敷设余量，并输入操作控制系统为确保敷设的海光缆紧贴在凹凸不平的海底，所需的余量称为恰当余量f，计算公式为：f=（sinα+sinβ）/sin（α+β）-1式中：f——敷设的恰当余量；α——海光缆敷设临近角；β——海底坡度（下坡取正值，上坡取负值）在实际工程中，应针对海光缆的横向偏移增加1%的余量，对于由临近角α和海底坡度β决定的恰当余量f则应增加20%安全因素，实际施工中对恰当余量进行修正后的敷设余量S可以表示为S=0.01+f（1±0.2），式中正号表示下坡，负号表示上坡由于海底崎岖不平，β时刻变化，工程中可将路由分为N段，每段路由海底坡度变化相对不大，取该段内最大的下降坡度β计算恰当余量f，使该区段内余量固定，这样既保证该段每点都满足恰当余量f，也不用频繁地调节余量，该段余量称为区段余量S’，那么S=0.01+S’（1±0.2）实际施工时，应根据计算和海试得出正常敷设的海缆张力，在张力安全线内设置张力预警，时刻观察张力仪数值，确保海缆所受张力处于安全平稳状态，如若发生变化或警报响起，应及时查找原因，调整船速或敷缆速度。
为了得到恰当的敷设余量，敷设前应根据海底地形、海光缆参数和船速详细计算敷设控制余量和投入时机，并列表备用在计算敷设余量时，需要考虑以下因素：海缆重量、海缆直径、海缆弯曲半径、海底水深、地形、海水流速、施工船速度海光缆敷设应沿选定路由进行，施工船在动力定位系统控制下，根据差分卫星信号自动调整推力保持船位不偏离设计路由在海缆敷设操作过程中，布缆机上的传感装置将信号传回控制室，显示在屏幕上，供安装施工船长结合船速决策控制系统与DP系统应能协同控制海缆敷设作业，并具备张力告警、余量告警、船速告警等完整功能敷设中应尽量保持船速不变，应合理控制敷设余量，保证海光缆贴服海床2.3施工关键点深海海缆敷设施工时必需使用海缆敷设软件来辅助决策Makai系统、Navslack系统是国际知名海缆敷设软件并经实际工程验证的海缆敷设控制软件可进行余量分析与计算，输入相应的海缆参数、海底地形参数和自然环境参数后，计算机可以推荐出较恰当的敷设余量再结合施工船船速，可以实时得出直线布缆机恰当的放缆速度在本次项目中我们的施工船将提供该类海缆敷设软件，以辅助决策确保海缆能够安全的敷设在海底表面施工船使用差分全球导航定位（DGPS）系统控制主敷设作业，施工过程中导航系统不断给出施工船船位与路由的相对偏差，一方面该信息将在屏幕上显示供施工人员参考，另一方面会被传送到施工船的动态定位系统DP，自动调整船位。
导航软件将即时计算放缆速度和余量等参数特别是在海缆路由转向点，海缆种类切换点，海缆中继器布放作业中，需考虑到敷设的海缆与船位存在偏差施工前需要根据计划船速和放缆速度，规划施工船的路径施工船转向与海缆轨迹转向关系图1施工船转向与海缆轨迹转向关系图23深海海缆敷设技术关键施工设备研发深海海缆敷设的技术核心，是要有效控制海缆在深海环境条件下的敷设张力和敷设速度传统的施工布缆设备，难以满足深海海缆敷设所设计要求的技术性能，所以，必须开发设计、加工制造满足深海海缆敷设张力和敷设速度控制要求的海缆鼓轮式牵引机，并在其基础上研发诸如储缆池、海缆退扭系统、海缆通道、以及与鼓轮式深海布缆机配套的机械式张紧装置、船尾定制入水槽等一系列专用设备储缆池：鼓轮式深海布缆机以及与鼓轮式深海布缆机配套的机械式张紧、刹车装置4深海海缆敷设技术敷缆船设计、布置、关键施工设备整合深海海缆敷缆船的要求也与浅海完全不同，现有的浅海海缆敷设船无法满足深海海缆的敷设施工要求，需要重新选择适合深海施工的海缆敷设船，以满足各项深海海缆的施工敷设要求单纯的敷缆船和单独的专用施工设备并不能形成有效的生产力，为满足深海海缆的施工要求、完成业主布置的施工任务，必须将上述一切有机的结合起来，形成相互配合的完整的系统才能充分发挥出各自的能力，实现其应有的功能和性能。
只有通过重新设计、布置海缆敷设船以及全套的专用海缆敷设设备，使之成为一个有机的整体，才能充分实现其应有的功能，满足深海海缆的敷设要求试验用船采用了适合深海作业的具有DP2动力定位能力的远洋拖轮“华隆号“，并将所有自行研发的施工设备布置在其船尾工作甲板上，将其改造成为了具有深海海缆敷设能力的深海海缆敷设船华隆号主要参数：总长：75.00米；型宽：16.00米；型深：7.5米；总吨2756t；净吨827t；最大吃水：6.11米；甲板面积：500㎡；甲板载重量800t；动力定位系统：DP2为符合施工要求，对华隆号进行了设备改造，具体添加储缆池、退扭架、刹车、鼓轮机、张力仪、入水槽等施工设备改装设备列表：5应用和总结通过在南沙某岛礁成功进行了全长数十公里，最大水深800米的海底光缆敷设施工，检验了大水深无中继海底光缆抛放敷设施工技术的可行性和可靠性，通过针对该施工的研究，掌握了一系列大水深海缆敷埋设施工的关键技术，并通过相关的技术交流、调研，形成了该项技术较为清晰的解决方案及技术路线，使得同类型工程的建设成为可能，并提升了相关工程的可靠性，同时配套工艺的改进也提高了施工的安全性和可控性，具有良好的应用前景。