海上風電場海纜登陸施工方案技術總結

王忠鋒

與陸上風電場相比，海上風電場具有不占用土地資源、基本不受地形地貌影響、風能資源豐富、年利用小時數更高、風電機組單機容量更大、適宜大規模開發等優點，最近幾年得到蓬勃發展，促進了風電機組、船機設備、海底電力電纜（以下簡稱“海纜”）等相關產業加工制造與施工技術的進步。

海上升壓站與陸上集控中心之間一般采用220kV/110kV光電復合纜連接，根據風電場發電容量要求的不同，有單回路和雙回路兩類連接方式。海纜登陸位置的選擇需綜合考慮海底地質地貌、海水深度及潮位和潮差、海水流速和流向、生態保護等因素。各海上風電場海纜登陸段長度差異較大，大多數登陸段只有幾百米，但如江蘇東臺海上風電場的登陸段則長達4.5km，登陸段施工成為海纜敷設的重點和難點。

深水區的海纜施工工藝已經很成熟，但在淺灘區由于涉及多種施工方式轉換，風險較高，施工難度大。尤其是長距離海纜登陸成為海上風電場施工的關鍵工序。本文對各種海纜登陸施工方案進行了歸納總結，指出不同施工方案的關鍵控制要點。另外，還對相關工序質量控制點進行了闡述。

海纜登陸淺灘方案概述

海纜規格有單芯和三芯之分，為減少路由占地和施工成本，目前，海上風電場項目使用最多的是三芯交聯聚乙烯絕緣光電復合海纜，海纜導體截面積常用規格是（3×500）mm²，設計參數見表1。

海纜敷設需要的船機設備主要有敷纜船、拖輪、錨艇、水陸兩棲挖掘機、布纜機、絞磨機、發電機、定向鉆機等。由于220kV海纜的單位重量和直徑均較大，海纜敷設船應配置電動轉盤才能有效消除海纜應力，以及避免敷設過程中產生打扭、鋼絲鎧裝松散呈燈籠狀等質量問題。

淺灘向陸域水深逐漸變小，敷纜船無法靠岸施工，淺水區域海纜敷設可采用浮運法，其主要有以下幾種方式：

（1）敷纜船沖灘至一定位置坐灘，牽拉電纜頭浮運登陸，待登陸段海纜牽拉完成后，敷纜船向海上升壓站方向敷設。淺灘和陸域海纜采用挖掘機挖溝敷埋。

（2）從海上升壓站一側向陸域方向敷設，大部分荷載卸除后船舶吃水變小，輕載沖灘降低了海纜登陸難度。由于纜頭壓在纜盤內，至一定位置后把纜盤內剩余的海纜呈s形拋放在灘涂上，露出電纜頭，便于牽拉。在低潮露灘時分段綁扎浮漂（包括泡沫浮子或汽車充氣內胎），高潮電纜浮起來時用鋼絲繩牽拉電纜頭，利用多個潮差完成登陸。

（3）在近海合適位置將部分海纜倒駁至另外一艘輔助敷纜船上，主敷纜船向海上敷設;輔助敷纜船輕載沖灘，其余同（2）。

（4）在只有一艘敷纜船且裝纜非常多的情況下，由于敷纜船吃水太深，直接沖灘距離岸邊太遠，可采用如下方式：敷纜船首先到達與設計路由距離90m左右的指定位置，比如KP10，平行路由走船將電纜拋放在泥面的指定位置，比如KP5，敷纜船轉向回歸至設計路由向海上方向下犁敷埋剩余海纜。敷纜船再回到KP10將拋放的海纜回收到船上，至KP5沿設計路由下犁敷埋沖灘至LP2.5，提起埋設犁將海纜呈s形拋放在灘涂上，其余同（2），如圖1所示。為確保敷設路由的準確性，一般采用沿設計路由先拋牽引鋼絲繩，船身垂直路由以5m/min左右的速度前進。

在潮差較小的海域，如廣東沿海，落潮時不露灘，低潮時無法綁扎浮漂，海纜需被綁好浮漂后下放到海面上。為防止水流將海纜沖走產生扭曲重疊，在每個轉彎點沉放鐵錨固定海纜，或者用已拋錨的錨艇牽拉定位。待全部海纜從敷纜船上下放至海面后，再用鋼絲繩牽拉電纜頭登陸。海纜登陸陸域方案概述

根據登陸段長度、地質、地形等因素，海纜登陸陸域主要有浮運法和支架法兩種，其中支架法可細分為v型托架法、排架輥輪法。

浮運法，顧名思義是利用水的浮力牽拉海纜，適用于高潮時能被海水淹沒的地區，可以利用既有河道或電纜溝，也可以開挖臨時溝槽。多數情況下用挖掘機開挖溝槽——漲潮時海水灌入溝槽內，在海纜上間隔綁扎浮漂，使用鋼絲繩牽拉海纜登陸。

對于浮運法牽引力的計算，采用以下公式：

式中，F100為100m海纜的牽引力，單位kN;0.5為安全系數：s為每百米海纜汽車內胎（泡沫浮子）迎水面積，單位m²;p為水密度，其值為100kg·s²/m⁴;c為水流系數，取值為1.29;v為絞磨機最大牽引速度，其值為0.5m/s。

支架法是預先在海纜路由上間隔設置v型托架或排架，海纜在輥輪或v型托架上牽拉前行。對于巖石地質、陸地高差較大、養殖區域遍布灘涂等不適用浮運法的地區，均可使用支架法。

浮運法施工控制要點

采用浮運法時，現場施工應重視溝槽開挖防坍塌、浮漂間距、甩纜等幾個控制要點。

使用挖掘機開挖溝槽，對于淤泥質或砂質灘涂，根據經驗溝槽底寬應在2m以上，兩側邊坡坡比大于1：5。開挖的土方應遠離邊坡口堆放，防止溝槽回淤抬高溝底高程。

海上水流越貼近泥面，流速越小，可適當拉大浮球間距，防止海纜離開泥面。但浮漂間距也不能太大，以防被泥沙掩埋，最好處于懸浮狀態。為此，整個浮運施工應在3天內完成。廣東陽江某海上風電場的經驗數值如下：Ф50L=70的圓柱形浮球浮力為1370N，海纜在水中的重量為70kg/m，浮球中心間距為180cm。同時考慮牽拉時阻力的影響，選用100kN以上的絞磨機。浮漂盡量緊貼電纜綁扎，拆除時為加快進度使用刀具割除。

海纜在離開船舷、尚未入水時綁扎浮漂，敷纜船在淺水區呈s形下放海纜。為此，應在岸邊提前投放兩根牽引鋼絲繩，鋼絲繩夾角大于120度。鋼絲繩交替收放，敷纜船呈s形前進甩纜。甩纜過程中的轉折點必須用鐵錨或錨艇固定，否則前方浮運牽拉會使轉折點位置發生移動。甩s彎的轉折點10m左右可不綁扎浮漂。

對于淺灘上已擺放海纜的區域，設置警戒船24小時看護，嚴禁各類船舶進入。為便于標識出電纜在水下的具體位置，應間隔50m左右設置一個小浮球。

支架法施工控制要點

采用支架法時，現場施工應重視輥輪與布纜機設置間距、托架間距、平臺搭設等控制要點。

支架法包括排架+輥輪模式和v型托架模式，二者本質是相同的，都能減少牽拉過程中的摩擦阻力，防止破壞電纜外皮層。為確定支架的材料尺寸、間距、入泥深度等具體數值，應根據地質、水文、荷載等參數進行承載力計算。

江蘇東臺某海上風電場海纜登陸段排架+輥輪模式設計參數如下：使用中48普通無縫鋼管搭設排架，為了提高穩定性，設置排架距離地面較近。排架上每隔3m左右設置一個合成樹脂滑輪，海纜從滑輪內拖行。在海纜牽拉過程中需安排人員進行巡線，對外皮層破損的地方及時進行捆扎，防止破損范圍擴大，因此，在排架一側鋪設用于人員通行的竹笆片。

布纜機的設置間距不宜超過1km，一般在轉彎點設置一臺。為防止各布纜機啟停不同步造成海纜受力過大，在轉折點另外搭設較大平臺使海纜呈Ω形，即每臺布纜機相對獨立進行牽拉。

江蘇東臺另一個海上風電場海纜登陸段v型托架模式設計參數如下：采用Ф140×3鍍鋅鋼管上插托架。鋼管長度3m，入泥深度2m，每排2根，排距3rno為防止海纜跳出v型托架，每隔一段距離設置一個H型托架。轉彎處H型托架以較小間距設置，并打設斜鋼管撐住托架，防止其側向受力后傾倒。牽拉過程中安排人員沿著路由不停巡查，發現海纜跳出托架、輥輪卡死不轉動、輥輪脫落、支架傾倒等問題，全線立即停止牽拉并進行處理。

在海纜未進入布纜機之前，一般采用絞磨機牽拉鋼絲繩，牽引過程中海纜會緩慢旋轉釋放應力，因此，鋼絲繩與牽拉網套之間應設置萬向節。為防止電纜頭碰到托架和輥輪，挖掘機提起電纜頭在托架一側跟隨電纜前進。海纜進入布纜機后，若牽拉不動，則使用絞磨機側拉海纜輔助拖行。

轉彎點需設置絞磨機、布纜機、發電機等設備，如果該位置有水或者是爛泥塘，搭設常規平臺費時費力。可預先定制鋼浮箱，結構尺寸以擺放上述設備后能夠浮起來為宜。浮箱四角插入鋼管進行固定。進出場使用挖掘機拖行時，可利用浮箱作為物資運輸載體，省時省力。浮箱裝上發動機和螺旋槳即為簡易駁船，在風浪不大的情況下可用于物資轉運。

海纜登陸相關工序施工技術和質量控制要點

一、定向鉆孔施工技術要點

海纜登陸段若穿越河道或海堤，一般采用定向鉆鉆孔工藝。根據施工經驗，鉆機牽引力應大于800kN，否則會在擴孔時產生塌孔，導致鉆頭拉不出來、管道回拖到一半時卡住致使管道報廢等問題。長度超過200m的鉆孔應在出口端用氣動錘配合管道回拖，氣動錘的沖擊力應大于10000KN。氣動錘的錘頭直接插入鋼管管口很容易撐開鋼管，應配備相應的過渡裝置。

為減少海纜通過管道的阻力，防止磨損海纜外皮層，在海纜上每間距不超過3m安裝一個減阻滑輪，在管道出口處卸下減阻滑輪，積攢到一定數量后將滑輪運輸到進口處循環使用。為防止減阻滑輪滑動，在減阻滑輪與海纜間墊橡膠膠皮。減阻滑輪最終會有一部分永久留在管道內，定制減阻滑輪數量時應考慮到這部分的損耗。

在淤泥質地區開挖鉆孔進出口工作基坑時，開挖的土方應倒運到遠處，堆積在基坑周邊會造成基坑底部淤泥上涌。由于淤泥流動性大，無法形成深基坑，應盡量加長管道長度，提高管口高程防止淤積。

每節鋼管的管口應打磨成坡口進行填焊，對焊縫進行UT探傷，其結果應達到設計要求的II級以上標準。鋼管回拖前應在內部預先安裝一根海纜牽拉鋼絲繩，兩端焊接錐形管予以封堵。海纜牽拉前應進行通球試驗（用一段長度5m以上的220kV廢棄海纜進行通球試驗更接近實際敷纜狀態），防止因鋼管變形導致海纜無法通過。敷纜完成后，為防止泥沙淤積到管內造成將來檢修時海纜無法抽拉，管口應用洛克賽克或沙袋進行可靠封堵。海纜與管口的接觸部位可連續安裝多個減阻滑輪，防止管道與海纜發生相對移位時，管口銳角磨損海纜。

二、海纜挖溝敷埋質量控制

在淤泥質灘涂或沙灘上開挖的溝槽極易坍塌，為此，應在低潮期間安排多臺挖掘機同時施工——前方開挖溝槽，后方將電纜放入溝內及時回填。電纜應使用吊帶兩點吊放，禁止使用挖斗直接接觸電纜。余量較多且集中時，應平順展開敷埋，禁止集中堆放在一處造成海纜交叉重疊。

如果海纜路由處于河道一側，在埋設后應采取護岸措施，比如打木樁堆沙袋、混凝土護坡等，防止水流長期侵蝕造成河岸坍塌使海纜裸露出來。

淺灘區海纜綁扎浮漂后，由于受漲落潮水流或牽拉過程中鋼絲繩斷裂影響，失控的海纜發生漂移糾纏在一起會產生彎折打扭。為此，應增加水陸兩用挖掘機進行定位控制，同時可輔助海纜牽拉作業。

淺灘區域海纜敷設完成后，由于海纜上方沙土不密實，在漲落潮時極易被水流沖刷形成沖溝，使海纜暴露出來。為此，應確保路由上土方回填略高于原始灘涂面。施工完成后定期巡查，發現沖溝及時回填，必要時對沖溝進行人工改道。

三、警示標志的設置

登陸段海纜警示標志的重要性不言而喻。為了準確標示出實際海纜路由，在溝槽回填時，每隔20～30m左右插一根竹竿作為臨時標志。警示樁間距不宜超過50m，且在甩s彎留余量的地方進行加密。警示樁的材質建議采用預制混凝土樁，或采用中間灌混凝土的玻璃鋼方樁。海纜路由臨近交通要道顯眼位置應設置告示牌，把工程海纜路由坐標、帶電危險性、破壞海纜需承擔的相關法律后果向公眾告知。海邊空氣中氯離子含量高對金屬的腐蝕性強，告示牌應使用316L不銹鋼材質，正面避開當地常年主風向。

結語

海上風電場設計壽命長達25年以上，海纜作為風電場電力輸送、遠程控制的唯一通道，其施工質量至關重要。在海纜登陸施工方案的選擇上應因地制宜，切忌生搬硬套。作為危險性較大分部分項工程，海纜施工方案還應根據住建部37號文進行專家論證，確保方案的科學嚴謹和可操作性。