海光缆的保护和管理.doc

海底电 ( 光 ) 缆的保护和管理摘要 : 对海底电 ( 光 ) 缆损坏的原因进行了分析 , 并提出了保护方法及建议 , 也介绍了国内几种打捞海底电 ( 光 ) 缆的几种方法。 关键词 : 海底电 ( 光 ) 缆 ; 损坏原因 ; 保护方法和建议 ; 打捞和修理 ; 问题和建议 1 引 言海底电 ( 光 ) 缆 ( 以下简称海缆 ) 被敷设在环境极其恶劣的海底 , 海缆在运行中除了受到潮汐、波浪、冲刷及地震等自 然条件的作用外 , 还受到海底物质的摩擦、有害气体的侵蚀等影响 。 更为严重的是由于人类在海洋活动中对海缆造成的损坏。由于我国的海缆修理技术发展较先进国家滞后 , 用于修理的设备、仪器和工艺单一 , 很难在短时间内排除海缆故障 , 因此海缆在修理期间遇到许多困难和问题 , 使得海缆修理周期很长 , 从而严重阻碍了电力 、信息的及时传输 , 妨碍了海缆的正常使用 。本文就海缆损坏原因和如何避免 , 以及结合笔者参与的海底电力电缆、海底光缆打捞修理积累的肤浅经验和认识进行探讨。2 海缆损坏原因分析统计资料表明 :95 % 的海缆损坏是由于人类进行渔业、航运等活动期间造成的 , 主要有以下几点。 2.1 捕捞和海水养殖业对海缆造成的损坏由于我国近海渔业资源日 益匮乏 , 传统的捕捞工具被现代化的大型渔轮及捕捞工具替代 , 捕捞船只的密度从 1993 年的 43656 艘次增加到 1996 年的52000 艘次 , 这还未包括常年在我国海区作业的我国台湾 , 以及韩国 、日本渔船约 600 艘。 目 前渔业生产的方式主要有 : 流刺网类、拖网类、围网类、张网类、钓具类、笼壶类等 , 其中以张网类中的翻杠张网和帆张网对海缆造成的损坏最为频繁和严重。翻杠张网属双桩竖打张网 , 在水流转向时 , 网能自动翻转迎流。 一般将竹桩打入海底 1.5 m 左右、铁桩打入 2 2.5 m, 网具间距 40 m, 在水深 15 m 以浅的海域集中而广泛地布置。 因此对埋设的海缆危害很大。帆张网是一种流动张网 , 适宜作业水深 50 60m, 但在 80 m 水深海域也使用 。 造成对海缆损坏是作业方式中使用的锚 , 亦称安康锚 , 调查发现该锚重达到 1200 kg, 锚杆长度达到 4.2 m, 锚齿长达 2.3 m 。锚底还有一根直径为 16 19 cm 、长度 2.0 3.5 m 的铁管作锚的横杆插入锚底 , 与锚齿成直角交叉。由于网具与铁锚的尺寸、重量很大 , 铁锚抛入海底后如遇软泥质海底 , 则锚全身被埋入海底 , 深度可达 2.0 m 以上。 每艘渔船可携带 5 6 只该类型的锚。该锚曾多次造成海缆的损坏。 2.2 航运和海洋工程船只对海缆造成的损坏损坏海缆的主要原因是这类船舶的任意抛锚 , 如敷设在镇江 江心洲的电力电缆、中国联通深圳珠海海底光缆 , 曾屡次被航运船只抛锚损坏。 航运船只一般使用的为霍尔锚 , 锚重 2 10t 、锚抓力 0.34 69.0t 、入土深度 1.0 2.0 m 。值得一提的是海洋工程施工船舶对海缆造成的锚害。 这类船只排水量很大 , 且线型简单 , 大部分呈箱型船体 , 水阻力较大 , 为了稳定地锚泊在海上进行有关作业 , 所配置锚数量很多 , 最多可有 10 只 。 由于此类船只的锚上基本不设锚链 , 锚泊力全部由锚提供 , 故锚重都在 5 8t, 甚至更大 , 锚型则都为大抓力海军锚 , 入土深度达到 2 m 以上。 在东海大桥施工期间 , 打桩船、起重船及混凝土搅拌船曾多次将埋设于海底的芦潮港 - 嵊泗的复合电缆和中日 光缆损坏。 2.3 自然条件造成海缆的损坏海缆长时间与海底裸露基岩摩擦会造成损坏 , 如舟山电信所属的桃花岛 虾峙岛海底光缆 , 在桃花岛一侧的光缆与海底基岩发生摩擦而损坏。海底地形发生变化也会使光缆损坏 , 如南京军区与中国网通合建的常熟 南通光缆线路 , 因南通侧边坡失稳塌方而将光缆损坏。 江阴 靖江火车轮渡的水底光缆因冲刷形成局部“架桥” , 光缆在水流的作用下产生激振疲劳而损坏。滩涂部分的海缆在潮汐、波浪共同作用下 , 由原来埋设一定深度至变浅直至裸露 , 从而被船只搁浅等情况发生损坏 , 如浯屿 岛美电力电缆在浯屿侧的损坏。3 海缆的保护为了确保海缆在运行期间的安全 , 保障国家电力和通信事业的发展 , 各国都在海缆敷设施工、运行维护制定了许多可行的方法和措施。 3.1 建立针对性强的保护管理规定和办法为了使海缆安全有效地运行 , 世界各国相应建立了有关海缆保护的法律法规 , 其中不少是重要的国际性公约 , 如联合国海洋法公约、保护海底电缆巴黎公约 ( 巴黎宣言、议定书 ) 、公海公约、海上国际法等。 近年来 , 我国也制订和颁布了一些法律法规 , 主要有 : 中 华人民共和国海上交通安全法、军事设施保护法和国务院、中央军委颁发的保护海底电缆的规定、铺设海底电缆管道管理规定等。我国海缆的发展较发达国家滞后 , 上述法律法规由颁布到全面落实需相当漫长的 , 一个健全完善的过程 , 因此有关单位应根据海缆所处海域的特点 , 如各海域在自然条件、人类活动的差异 , 近岸端和中间海域的差异等 , 制订更为切合实际的 , 针对性的管理规定和办法。 3.2 海缆建设期间的保护选择合适的海缆路由 , 以避开航道、锚地、渔业作业频繁的海域 , 是确保海缆安全运行的基本条件 , 但随着生产力发展和海洋开发的兴起 , 海底油 、气及供水管道的铺设 , 及航道、大桥、码头等基本建设的发展 , 要在有限的路由资源中选择理想的敷设路由是很困难的 。海缆建设前的设计阶段 , 海缆所属单位应及时将初选的海缆敷设路由向国家海洋管理部门申报 , 组织召开路由沿线有关单位参加的评审和协调 , 借此机会进一步掌握和了解本路由的特点 , 为最终确定路由和选择海缆的保护方法提供依据 , 同时也为海缆的施工奠定基础。 海缆施工完成后 , 海缆所属单位应及时将海缆的实际敷设路由向国家海洋管理部门申报 , 最终由海图出版部门将该路由标于新颁海图 , 由此对路由上从事航行、捕捞等有关活动的船只 、人员进行警示。提高海缆的机械强度 , 在浅海即水深 500 m 以浅的海域 , 选用双层钢丝铠装的海缆 , 以提高海缆的抗拉力 , 保障海缆的安全。上世纪 90 年代以来 , 海缆敷设施工已将海缆埋深至海底 0.6 m 或更深 , 目 前国内埋设最深为 3 m, 国外有的则达 6 m 甚至更深 , 埋设设备也从犁式发展至广泛使用的水力喷射型埋设机 , 我公司也已成功开发了用于坚硬土体海床埋设的刀盘开沟机。 这种深埋方法确实非常有效地避免了海缆的损坏。选择具有丰富海缆施工技术和经验的队伍承揽施工 , 提高海缆的施工质量 , 尤其是确保海 缆的埋设深度 , 包括海缆在浅水滩涂部分的保护处理、施工路由偏差的控制、海缆敷设余量的控制及岸上土建、禁锚设施的安装质量是检验施工质量主要项目 , 也是确保海缆运行后的安全保障所在。 施工单位完工后提供竣工技术资料及时审查归档 , 为日 后一旦海缆发生故障时 , 提供打捞、修理的重要依据。在浅水滩涂部分的海缆 , 采用加装铸铁关节套管、水泥盖板、水泥沙浆袋等方法 , 防止因捕捞、海水养殖对其造成的伤害。 3.3 海缆运行中的维护(1) 设置警示装置。 由于一般的海缆业主不可能配置一定数量的船只 , 在海缆路由上进行巡逻和维护。 因此在海缆的登陆点附近设置必要的警示装置也是防止海缆受到损坏的重要措施之一 , 目前我国的警示装置主要有 :有人员看护的水线房 , 房内设置扩音器、高频电话甚至监控雷达等设备 , 可 24 h 全天候监视海缆路由上的各种动向 , 如有异常情况发生 , 即可采用呼叫或出动船只驱赶的方法解决。 这种有人员看护的水线房常见于原黄浦江的过江电力电缆、长江及长江入海口的电力电缆和光缆。设置三角禁锚牌和宣传牌是一种最为常见的一种警示方法 , 前者用于海域部分的警示 , 后者用于海底电缆和陆缆交接段的警示。 通常情况下 , 过往船只观察到该装置后 , 都会主动避让。在电缆铺设的水域中设置警示船灯浮的方法。 如前面提到的镇江 江心洲的电力电缆 , 因屡次受到运河口到长江段水域的船舶锚害 , 最后在运河口设置了两只警示船灯浮 ; 芦潮港 嵊泗的复合电缆因在东海大桥施工期间 , 屡次受到工程船舶的锚害 , 不得己也在大桥附近海域 , 设置了一些浮标 , 使电缆受到的损坏次数降低。 当然设置此类装置也应取得海域管理部门的许可。(2) 宣传与教育。 在海缆路由沿线的码头、车站 , 甚至在营运的客轮上设置醒目 的宣传牌、标语牌 , 发放广告衫等 , 提示民众保护海缆的重要性 , 使得本地和过往船只的人员引起重视 ; 在当地的媒体上 , 定期宣传和公告 ; 定期到当地政府、海域管理、渔政水产等部门进行沟通 , 取得这些部分的支持和配合 , 掌握和了解目前路由变化的情况。(3) 定期进行检测 、巡线和有关设施维护。 正如前言所述 : “海缆被敷设在环境极其恶劣的海底 , 海缆在运行中受到潮汐、波浪、冲刷及等自然条件的作用”。 尽管施工时已将海缆采用了埋设、套管等保护措施 , 但不可避免地受到自然条件的影响 , 可能使得海底的海缆冲刷裸露甚至悬空“架桥” ; 亦可能受风暴潮侵袭 , 水陆交叉段的海缆回填被掏空。 造成这些现象有的需要几年甚至更长 , 有的则短短数月 。这些现象可通过定期和不定期的实地巡查发现。笔者认为 , 一般而言在海缆敷设结束后的一年内 , 每季度应对海缆测试和巡查一次。 若一年内没有上述现象发生 , 则海缆测试和巡查次数为半年一次。 但对重大的气象灾害过后的测试和巡查必须每次进行。(4) 落实编外的直接、长效巡查员 。 由于大部分的海缆敷设路由的登陆点位于交通不便的僻静海边或悬崖峭壁附近 , 天长日 久地守候和巡查实难做到 , 笔者通过几次海底电缆施工得知 , 施工当地的政府和渔村的百姓有不少对保护海缆的意义有清晰的认识 , 其中不乏有一些在当地有威望、责任心强的同志 , 因此建议海缆所属单位可聘请这些同志担当义务巡查员 , 采用经济手段 , 奖惩并用的方法 , 更加直接、长效地维护海缆。(5) 海缆维护器材的准备。 主要包括检测 、测试设备仪器仪表 , 修理接续设备、备用海缆及海缆接头盒的准备等。(6) 海缆修理队伍的准备。 海缆一旦发生故障 , 不但无法进行正常运行 , 还在政治和经济上造成影响 , 如果等故障发生后才寻找修理队伍 , 则从商谈到队伍进场需化一段时间 , 同时还会因修理队伍准备工作不足 , 延长修理时间 。 所以还是早作准备和安排为好 , 一般可事先选择 2 至 3 家队伍 , 首选的应是该段海缆的施工单位 , 达成一个初步的合作意向 , 形成一旦海缆发生故障后的修理实施方法 , 需要时 , 则该队伍可根据要求 , 在最短时间内调遣打捞船只及有关人员进场施工。4 海底电缆的打捞和修理与海缆铺设工程相比较 , 海缆的打捞、修理是一项艰巨复杂的工作 , 它涉及到海洋、潜水、光电性能检测等多门学科 , 尤其今天在深海、大长度、深埋设的海缆修复工程中 , 实施难度和要求更高。 除了要求施工单位有一定的技术能力和装备外 , 还必须具有一支丰富海上打捞施工作业经验的队伍。 4.1 国内海缆修理工艺海缆修复工艺主要为 :(1) 海缆故障点位置的确认 ;(2) 海缆及其故障点在水域位置的确认 ;(3) 海缆的打捞 ;(4) 接头盒制作 ;(5) 接头盒和备用海缆的敷设 ;(6) 修复段海缆的埋深。 4.2 海缆故障点的确认海缆故障点位置的确认是整个修复工作的关键工序 , 确认工作进展顺利、测量精度与否 , 直接关系到打捞、修复工作的能否正常、如期进行 , 因此必须认真重视、科学地对待该项工作。海缆故障点位置的确认分两个步骤 : 首先确认故障点位于海缆端点的距离 (m), 该距离表明故障点在海缆上的位置 , 对于光缆一般用光时域测试仪(OTDR) 测量 , 同时辅以兆欧表测量海底光缆的绝缘值 , 以判断光纤受损的大致情况。 对于电力电缆可采用电桥或示波器等方法测量。 有条件应尽可能分别在海底电缆两个端点进行检测 , 这样可方便对比 ; 然后根据所测得的故障点距离 (m), 在该海底电缆施工原始记录表上 , 即“敷缆报表”上的电缆敷设长度一栏 , 得到与之对应的故障点在海域中的地理位置 , 也就是需打捞的海缆的位置。 根据该敷缆报表上也可方便地查阅到该段电缆的敷缆时间 、水深、埋设深度等施工参数。 其次可通过查阅海底电缆竣工资料 , 步了解故障点所处海域的自然条件 , 及敷设施工期间所发生的各种情况 , 大致推断造成故障点 的原因 。 4.3 故障海缆的打捞根据海缆故障点不同位置及其特点和该缆的埋设深度 , 海缆故障点的打捞方法可分为回收打捞法、搜寻打捞法和定点打捞法三种。 前二种方法用于故障点距岸较近 , 电缆没被埋设或埋深较浅的修复工程 , 后一种方法用于电缆被埋深的修复工程。 为了缩短打捞工期和提高打捞点的精度 , 海底电缆的打捞工作除了借助全球卫星定位系统 (DGPS) 进行定位 , 一般还使用“海底电缆路径探测仪”。(1) 回收打捞法。 打捞船锚泊在浅水处 , 施工人员从岸上开始将海缆端头牵引至打捞船 , 并将海缆从始端开始绕在鼓轮牵引机上。 启动牵引机将海缆打捞回收上船 , 另一端则盘绕在打捞船舱内 , 在这期间打捞船必须沿着打捞路由向前移动。 施工人员随时观察被打捞海缆的外表 , 最终将故障段海缆打捞出水 , 该方法常见于类似“邮电 1 号”等设有鼓轮牵引机的自航船。(2) 搜寻打捞法。 打捞船在“ DGPS ”定位 , 和“海底电缆路径探测仪”的引导下 , 潜水员 下水找到海缆 , 并清除表面淤积物 , 将海缆打捞上船 , 并搁置在船甲板上的履带牵引机内 , 电缆的出水端和入水端则躺在船舷的入水槽内 。打捞船启动移船绞车向故障点一侧水域移动船位 , 履带牵引机将故障点一侧海底电缆牵引至甲板 , 另一侧沿入水槽下水。 施工人员随时观察被打捞海底电缆的外表 , 最终将故障段海缆及其故障点打捞出水。(3) 定点打捞法。 打捞船在“ DGPS ”定位 ; 和“海底电缆路径探测仪”的引导下 , 锚泊在海底光缆故障点上方的海域上。 潜水员持路径探测的水下探头在海底搜寻并初步探明位置 , 然后持高压水枪对准海缆上部横向的冲泥 , 直至发现海缆。 而后潜水员持高压水枪 , 辅以空气提升装置 , 沿海缆纵向冲泥 , 并由空气提升装置将泥吸除 , 排入大海 , 使埋设一定深度的海缆裸露于沟槽。裸露的海缆达到所需长度后 , 打捞船即可将该段电缆打捞出水 , 搁在施工船甲板上。 经确认后进行切割等下道工序。由于定点打捞法受水深条件限制 ,40 m 以深的海域 , 常规装备的潜水员在水下作业困难 , 因此往往采用锚钩法实施 , 对于埋深较浅的海缆可采用常规的钩链或四爪锚 , 对于埋深较深的海缆 , 则必须用专用的钩犁进行打捞。此外 , 在深水的情况下 , 打捞海缆将受敷设余量限制 , 要把海缆从海底安全地打捞出水并非易事。通常的做法是将专用的水下液压剪 , 将海缆在水下切割后再迅速地打捞出水。 4.4 故障点切割、接头盒制作将打捞上船的海缆切割成两段分别测试 , 并确认故障点已截除后 , 可进行海缆和备用海缆间的连接并制作接头盒。 一般每次修复工作需做两只接头盒 , 两接头盒之间用备用海缆连接 , 接头附件由海缆制造厂设计提供。 4.5 接头盒和备用电缆的敷设第一只接头盒完成制作后 , 通过移船敷缆的方法 , 将该接头盒和一段备用海缆敷设入水 , 制作另一只接头盒 , 该接头盒最终由打捞船用起重机吊起放入水中 。 为防止因海缆长度过于宽裕而造成海底打扭现象 , 接头盒吊放时 , 打捞船应向一侧移动 , 使该段海缆保持一定张力 , 最后平躺于海底。 4.6 海缆修复后的埋设接头盒和备用海缆的埋深只能依靠潜水员持高压水枪和空气提升装置进行 , 最大埋设深度 1.5 m 。修复工作结束 , 及时将诸如故障点测试、打捞位置、水下接头盒和备用海缆的敷设位置及有关测试报告及时记录并归档保存。5 问题和建议5.1 海缆维护中存在的问题我国在上世纪 90 年代至今 , 已敷设了上千公里的海底光缆和电力电缆 , 人们也绞尽脑汁、千方百计地采用了许多关于海缆的保护方法 , 这些海缆的埋设深度也越来越深 , 所用的保护手段五花八门 但真正奏效的却很少 , 仅去年我公司就承揽了 5 次之多的缆线修复工程 , 建设单位、施工单位乃至海缆制造厂商为此苦不堪言。 究其原因笔者认为 :(1) 我国正处于改革开发的新阶段 , 国民经济发展迅猛 , 本世纪又是开发海洋的世纪 , 国家尚未制定有关保护海底管线的法律法规 , 因此码头、桥梁、大坝、平台 、管道、缆线等构筑物纷纷在有限海洋资源中占一席之地 , 而不甘落后的航运业、渔业和海水养殖业的发展使得海底电缆的保护更是雪上加霜。(2) 海洋管理部门交叉重叠 , 管理职责不清。如海事部门和国家海洋局以及渔业局对海域都有权进行管理 , 一旦海缆发生损坏 , 则难以寻觅执法部门 , 投诉无门 。(3) 人们对保护海底管线的认识不足 , 法制观念淡薄 , 随意抛锚、任意撒网 、插桩现象时常发生 , 甚至明知船锚钩住光缆 , 仍野蛮强行起锚 , 直至肇事后逃跑。 偶尔逮住 , 也只能采用罚款、扣证等简单处理 , 给建设单位造成很大损失。 5.2 保护措施的建议加深海缆的埋设深度是避免海缆损坏的有效措施 , 有条件的海域应尽可能将海缆埋到 2 3 m 的深度。开发吃水浅的工作船和适用于浅水、滩涂的开沟和挖掘机械 , 解决因两端登陆点及水陆交叉段依靠潜水员冲埋和人工开挖深度受到限制的问题。海缆不能直接敷设在基岩裸露部份 , 尽可能敷设在采用爆破清渣后形成的沟槽内 , 我公司研制开发的刀盘开沟机 , 可适用在中等强度风化岩的挖掘。如受条件限制 , 笔者认为在该段部份海缆上浇注水下混凝土的方法也是可行的 。对距离短和重要部份的海缆 , 可采用定向钻、顶管等非开挖技术 , 将海缆安全地敷设在管道内 。选择有施工经验的施工单位参与海缆保护的设计 , 确保施工期间海缆的埋设深度等主要指标达到设计要求。根据海缆敷设海域的具体特点 , 依靠当地政府和海洋管理部门的支持 , 加强多种形式的宣传教育 , 针对性地制定一系列的运行保护方法和措施。 5.3 海缆修理的技术问题综上所述 , 海缆的打捞、修理与其敷设工程比较 , 是一项艰巨