110KV海缆保护性打捞及其敷设关键技术研究-工程建设总体方案.doc

110kv海缆保护性打捞及其敷设关键技术研究工程建设总体方案目 录一，前言3二、总体研究思路32.1总体技术路线32.2课题设置32.3总体目标4三、海缆的保护性打捞、搬迁及敷设工程关键技术研究工程建设总体方案53.1海缆保护性打捞（打捞后电缆储盘在施工船上）53.1.1电缆盘放区电缆盘的尺寸设计53.1.2退扭架设计73.1.3过缆动力83.1.4电缆盘放技术103.1.5锚泊系统113.1.6电缆打捞及登塔施工183.2海缆保护性打捞（打捞后电缆储盘在施工船上）193.2.1电缆打捞及登塔施工19一，前言因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。本课题拟论证其110kv海缆配合青草沙水库搬迁实施保护性打捞的可行性和经济性，并将成果应用到工程中去。本项目完成以后,可以为今后新建海缆工程或改建线路工程提供较好工程解决方案，并为海缆搬迁及其敷设提供指导及技术支撑。同时，配合青草沙水库工程建设需要，为用户提供更经济，工期较短，对长兴电网影响较小，可靠性更高的工程解决方案。二、总体研究思路2.1总体技术路线总体方案总体技术路线是：总体方案以解决110kv海缆的保护性打捞、搬迁及敷设技术上的难题，配合实际施工上的需要，为今后的同类型施工提供指导及技术支撑，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。2.2课题设置海底电缆保护性打捞及其敷设的施工技术，主要课题有：海缆保护性打捞方案研究，海缆敷设现状调研，海缆登塔及其固定安装方案研究，海缆敷设方案研究，海缆运行维护方案研究。2.3总体目标总体方案重点解决110kv海缆的保护性打捞、搬迁及敷设技术上的难题，将掌握处于国内领先的一系列关键技术。解决海缆的保护性打捞、搬迁及敷设技术上的难点，确保工程正常施工。为今后类似性质的工程项目提供一套切实可行的方法。在电力行业的海缆的保护性打捞、搬迁及敷设工程的建设探索建立一个新的样板。通过技术成果转化为专利等形式，掌握一系列相关技术的知识产权。并形成一系列标准化的产品。总体方案的总体目标是：在海缆的保护性打捞、搬迁及敷设施工技术研究方面实现突破，取得一批原创性成果；通过开发相关的一系列设备、材料，完成具有自主知识产权的技术、装备和系统并在今后的海缆的保护性打捞、搬迁及敷设工程中应用。在海缆的保护性打捞、搬迁及敷设等方面取得自主创新成果。三、海缆的保护性打捞、搬迁及敷设工程关键技术研究工程建设总体方案本章海缆的保护性打捞、搬迁及敷设工程关键技术研究工程建设总体方案的项目指南。3.1海缆保护性打捞（打捞后电缆储盘在施工船上）该方案适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。加工一套桁架系统，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。3.1.1电缆盘放区电缆盘的尺寸设计研究内容：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： =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70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=*600/*（d+d）/2*（d-d）/=0.188m3.1.2退扭架设计研究内容：电缆退扭架设计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。如上图所示，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=gz =38吨5.1m =1938knm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，如右图：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。3.1.3过缆动力研究内容：过缆动力设计如图示，最大电缆输送力：f=g+f=(g1-g2)+ g30.2=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。 电缆输送纵剖面图 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lf l=f/（f侧f）式中，f侧为电缆允许最大侧压力：f侧=10kn/mf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/(100.8)=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。3.1.4电缆盘放技术研究内容：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，如此逐层反复进行。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-=arctan（10.2/8） g=10.2/cos77.8kgf=gsin=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，我们设计了一套机械手柄，进行电缆的盘放。 如上图所示，机械手柄呈“t” 字架形，oc为立柱，安置在电缆盘中心；ab为机械手，围绕立柱作360旋转，同时，a端可伸缩，在电缆盘内圈至外圈3m范围内活动。a端头部为一组滚轮弧槽，作为电缆通道。电缆盘放时，通过变幅改变ad长度，推动电缆由缆内圈至外圈逐盘放。同时，利用电缆自重，推动机械手柄绕co主柱沿顺时针方向旋转，达到盘放电缆的目的。此外，电缆从塔顶进入缆盘时，缆盘顶部至塔顶入口电缆基本为竖直线；而在接迁缆盘以及缆盘内电缆弯曲加大，弯曲半径变小，电缆扭应力也相应增加。安装机械手柄以后，机械手可以顶托电缆，既保证了弯曲半径在允许范围内，又将电缆扭应力分散开来，避免了扭应力集中在某一部分而损坏电缆。3.1.5锚泊系统研究内容：施工船锚泊系统设计打捞电缆过程中靠绞车收绞锚钢丝移动船位，每移动100m进行一次翻锚，抛锚过程采用dgps精确定位，确保附近水域电缆不被损坏和锚钢丝与施工船舶的相对位置。锚泊系统设计准则：1.不断链(缆),通常在海洋工程中安全系数取2,则要求张力tf/2 (f是链(缆)的断裂强度)2.不走锚,锚上不承受上拔力。3.作业船的漂移量和运动应满足要求。锚泊系统的设计：1、锚泊系统配备a 移船绞车：配备牵引力200kn的绞车6台（两台备用），分别设在施工船艏、船艉甲板两舷，主要用于抵抗侧向水流力,在收缆过程中随时调整船位,具体移船绞车布置如下图：b 锚、锚缆、锚浮子、锚位布置：每台绞车配置39（619）钢心钢丝绳，长500m；配置ac14大抓力锚6只（包括应急备锚）、锚重9000kg。锚头上设有直径39毫米、25米长的锚头缆。锚上设有39毫米、25米长的起锚钢丝绳，同样也有浮筒钢丝绳，系桔黄色浮筒，供抛锚和起锚用。c 锚的改造与配置海军锚锚爪与锚杆相对固定,故抓力大,抓地效果好,在多年的实际使用过程中广受欢迎。而无杆锚为使确保锚爪抓地,锚爪与锚杆制作成可以相对转动的式样。由于是工程使用,故为了提高锚的抓力,将现有的ac-14锚、霍尔锚的锚杆与锚爪用电焊烧死。使锚杆与锚爪之间的夹角固定为36达到通常海底土质下的最佳啮土效果。根据实践检验下来,经过这样改造后的无杆锚抓力大大增大。然而,由于改造后的锚锚爪不能任意转动,为了防止抛锚过程中锚爪朝天无法如期抓地啮土而走锚的现象出现,故现在锚头和锚杆背部各焊烧一个拎佩,用两支等长短千斤与起锚钢丝绳相连。翻锚时锚艇就用这根起锚钢丝绳进行抛锚起锚。并且抛锚时锚艇上的有专门的工作人员观察锚的状况,确保钢丝绳不会兜在锚杆上。这样一来,就可以确保锚能够以锚爪着地。经过数百次的抛锚的实践检验,从未发生过因抛锚锚爪朝天而走锚的事件。2、锚泊系统计算施工船锚泊系统具体布置如下图：1、【外荷载计算】水流作用下船受的匀布力:包括摩擦阻力和形状阻力（旋涡阻力）（1）摩擦阻力按流速u=1.69m/s运动粘滞系数=0.0000011907（查表：水温15）雷锘系数re=ud/=5.68105一般的当雷诺系数增大到2104以后，摩擦阻力相对很小可以忽略。（2）形状阻力形状阻力为主要因素因此绕流阻力fd=cd*ad*u2/2其中u未受绕流影响的断面平均流速=1.69m/s ad与流速垂直方向的迎流投影面积 cd绕流阻力系数，取0.13（一般取0.11-0.12） 海水密度，取 1.04103kg/cm3故 q船=0.131.31.0410001.6922=243.79kg因施工期内本海域既无冷空气又无台风,故风荷载与浪压力忽略不计。2、【锚荷载计算】计算简图如下: 计算na nb 则有:na +nb=*lna =nb=*l/2=11154kg单个锚上荷载：n1=n2=15774kg3、【锚力计算】锚泊系统能提供的锚力,由锚抓力、钢丝缆绳许用拉力、锚机牵引力、刹车力决定a.锚抓力计算slyt0锚泊用锚的抓力的组成船舶在锚泊中，出链长度s分为两个部分： ssl其中s是悬链链长；l为卧底链长+=717.51577421010 =235m15774kg所以,锚抓力符合要求。b.钢丝缆绳许用拉力计算钢丝绳许用拉力按下列公式计算:fg= fg/kfg钢丝缆绳许用拉力fg钢丝缆绳破断拉力总和换算系数k钢丝绳的安全系数查表得:39mm钢丝缆为846kn2k取3取0.83fg= fg/k=0.83846/2=351kn锚机牵引力、刹车力锚机牵引力30kn锚机刹车力40kn由以上计算得施工船锚泊系统能满足施工要求。3.1.6电缆打捞及登塔施工研究内容：海底电缆的打捞与回收以及终端电缆登塔的施工技术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。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“”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。3.2海缆保护性打捞（打捞后电缆储盘在施工船上）本施工方法采用电缆经打捞后，从施工船对侧设置的入水槽重新施放至海床面的方法，由于省略了大型的退纽架及盘缆用缆盘，故适用于较小型的船舶进行电缆打捞、搬迁施工。3.2.1电缆打捞及登塔施工研究内容：海底电缆的打捞与回收以及终端电缆登塔的施工技术电缆打捞点的确定并