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海上风电场海底电缆路由的调查过程及方法分析
作者：刘光昊 李海波 来源：《风能》2014年第03期
摘要：以拟建的唐山乐亭菩提岛海上风电场海底电缆路由的调查方案为例，利用浅地层剖面测量、测扫声呐调查和底质沉积物分析，结合浅钻工程地质原位测试的方法，总结出海底电缆路由的敷设所历经详细调查过程，介绍了海底电缆路由的调查勘察技术要求，主要内容和勘察实施方法，并列举了路由区环境综合分析应包含的主要内容，以及提交的成果报告书应包括的主要内容提纲。
关键词：海底电缆；路由；调查；方法
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-9219（2014）03-0062-04 Analysis of the Investigation Process and Method of Cable Routing in Offshore Wind Farm Liu Guanghao1， Li Haibo2
（1. Hebei Construction &Investigation New Energy Co.，Ltd.， Shijiazhuang Hebei 050081， China；
2. China Suntien Green Energy Co.，Ltd.， Shijiazhuang Hebei 050000， China） Abstract： Tis paper takes the investigation process and method of cable routing in Tangshan LeTing bodhi island ofshore wind farm as an example， taking advantage of shallow profle measurement， side scan sonar survey and botom sediment analysis， in consideration of method of shallow drilling engineering geology in situ testing. It also summarizes detailed investigation process of submarine cable route lay and describes the technical requirements of submarine cable route investigation， main content and survey method， enumerated main content of route area comprehensive environmental analysis and main outline of the fnal report. Keywords： submarine cable； route； investigation； method 0 引言
我国沿海地区，尤其是河北沿海地区风能资源丰富，预计近海可开发量超过4000 MW，且具有较好的海上风电场建设条件，适合大规模开发海上风电。其中，海底电缆路由勘察是一项重要的工作内容。
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海底电缆的敷设与陆上电缆敷设相比有很多特殊性，包括工程地质调查、气象水文环境要素观测计算，以及腐蚀因子参数测试等，需查明路由区的地形地貌、海底面状况（海底障碍物及与已建海底电缆、管道交越点位置）、浅部地层结构及各土层的物理力学性质、潜在的灾害性地质现象（滑坡、冲刷等）、路由区的风浪流参数及海底土层的腐蚀因子参数等。依照相关规范，开展路由比选、勘察，可以为海底管道的设计、施工提供技术依据。 1 海底电缆路由方案比选
路由预选的任务是根据电缆管道的总布局选择登陆点及海域路由位置。预选路由应提出两个以上路由方案，开展多方案的比选研究。路由的选择一般考量登陆点和海底电缆路由两方面的综合环境情况，路由方案应符合海洋功能区划、尽量减少其他区域用海活动、登陆点应尽量离登陆站近、与其他海洋规划与开发活动交叉少、有利于电缆管道登陆施工和维护的区段作为登陆点等。
以唐山乐亭菩提岛海上风电场海底电缆路由比选方案的确定为例，确定该路由比选方案为三个，如图1所示。从路由区长度，登陆点环境状况，对渔业活动、海上养殖等用海活动的影响程度，资金花费等方面考虑，方案一优于方案二和方案三。 2 海底管道路由的调查方法 2.1 登陆段调查
登陆段是指海底电缆管道登陆点附近水深小于5m的路由走廊带。登陆段调查主要查明登陆岸段500m走廊带区域地形地貌、底质沉积物类型及特征、岸滩冲淤稳定性及登陆岸段的开发活动状况。采用现场踏勘、描述、照相、地形测绘、底质采样、室内土工试验分析，以及周边区域的踏勘调访等方法，海滩地形采用全站仪、RTK-GPS等仪器设备进行联测。 调查测线按1：5000 测绘要求布设，测线间距为50m，登陆点附近布设垂直岸线测线11条，每50m采集一个数据，海滩及陆域需补测特征地形。进行海滩剖面沉积地貌调查和登陆岸段及周边区域的踏勘调访。调查范围从登陆点的低潮位线（与海域调查连接）起至登陆点后缘陆域200m止，宽度与调查路由的走廊带相同。沿登陆段调查区域中心测线及两侧250m范围内，在高、中和低滩各布设一个表层沉积物采样站位，唐山乐亭菩提岛海上风电场路由登陆段底质沉积物共取样17个。登陆点附近调查内容包括地形地貌观测、描述及照相。实地查访登陆岸段及周边区域人类开发活动的历史、现状与规划等（海塘工程、管道工程、码头桥梁工程等）
2.2 工程地球物理调查
工程地球物理勘探主要包括水深测量、侧扫声纳勘察及浅地层剖面勘察。勘察沿着调查路由的中心线两侧共计500m 宽的走廊带进行，测线间距为50m，垂直中心线检查联络测线以500m的间隔布设联络测线，如图2所示。导航定位采用徕卡MX421差分GPS，可在全球范围
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内接受到高精度的差分信号，采用Hypack 专业导航软件进行导航定位。定位系统校正步骤为先将DGPS 定位系统按说明书连接，使DGPS 接收天线置于已知点上，场内不应有高度角大于15°的障碍物及强烈的卫星信号接收干扰源。用计算机和DGPS 连接，读取定位数据，静态观测24h，约85%的定位数据出现在以已知点为圆心、半径为2m的圆内即视为正常。 2.2.1水深测量
水深测量前先要进行测深仪的校检，对仪器精度和综合性能进行测试，校验各种功能及发射和接受试验是否正常，检查涌浪滤波器滤波效果是否良好。
海底电缆路由勘测过程中对回声测深仪的吃水情况每天测量一次进行吃水改正。声速改正由声速剖面仪来测量工作区声速，测量的次数根据水体的声学特性确定，不少于每天一次，也可采用测绳进行声速改正。潮位改正是在捞鱼尖码头布设一临时验潮站建立了临时潮位观测站，采用了实测潮位数据进行声速改正。 2.2.2侧扫声纳探测
海底微地貌调查选用EdgeTech4200-FS全数字双频声纳系统，采用全频谱和多脉冲技术，具有斜距校正、目标图象缩放和目标测定等功能，为资料分析解译提供可靠保证。侧扫声纳系统由声纳处理器、拖鱼和剖面记录仪组成，可外接导航定位系统，以进行位置确认。
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根据调查区水深调整拖曳方式和拖曳深度，要求拖鱼离海底的高度（H）与扫测宽度（W）之比为：H/W=1/10，以达到获得最佳质量的勘测资料和最大的工作效率。
在具体的实测开始前，声速设置时使用数字温度计测量海水表层、中层和底层的水温，求出该海区的平均水温，用查阅该海区盐度资料的方法，确定该海区的盐度值，使用已知的声速经验公式，计算出该海区的声速，并将该声速输入主机，达到了声速改正的目的。
侧扫声纳的校检是通过对换能器摩擦试验来检验声纳发射接收是否正常。正式测量前应在熟悉的水域进行入水试验，检查试验记录是否反映真实地貌，噪音干扰和海底跟踪等情况是否正常。
2.2.3浅地层剖面探测
浅地层剖面探测采用浅地层调查设备为英国 AAE公司的CSP2200型地层剖面仪，换能器采用拖曳式，以获得海底12m 以浅范围内的浅部地层结构和构造和地质灾害情况，主要包括浅部地层结构、构造特征、岩性特征及其灾害地质现象等。
浅地层剖面勘测开始前在熟悉的水域进行入水试验，对记录结果进行评判，检验是否反映真实地层情况，确认仪器工作性能正常后方可正式工作。调查前，按有关规范和仪器操作规程要求，对声学地层探测系统的各种因素进行了技术实验及校正。浅地层剖面探测作业前，根据测区水深、底质条件，充分调试仪器，选择最佳工作参数。
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作业期间，采取一切必要措施，降低噪音和其他干扰因素，提高信噪比，保证记录质量；调节好记录时间延迟，使同一测线的记录量程一致。工作船速控制在3-5节。
原始的浅地层剖面记录为时间剖面，要将其同相关钻孔资料进行对比和绘制有关解析图件，就必须选择合适的声速数据。声速的确定应主要考虑浅层沉积物的主要物质成分，或属于容易穿透的类型或属于难以穿透的类型，并结合实际工作经验进行确定。
资料处理使用C-VIEW后处理软件直接屏幕数字化。资料处理时根据声学记录图像，将各相关定位点的水深和各声学地层底界面的埋藏深度值，按规定比例尺进行标注。 2.3 工程地质勘察
乐亭菩提岛海上风电场海底路由底质沉积物取样共布设55个站位，主要为了解路由区表层沉积物类型及其分布状况，样量一般大于2kg。所有样品取至船上立即进行现场描述和照相，每个站位均应保留室内实验用样。
工程地质钻探为详细勘察阶段，满足施工图设计的要求，地质钻孔的布设应反映路由区工程地质特征（图2），7个地质钻孔的布置依据《输油气管道岩土工程勘察规范》（SY/ T 0053-97）[1]、管道穿越工程采用《RB-5型水平定向钻机施工及验收规范》（中国石油天然气管道局企业标准，Q/ GD0159-94）[2]。地质钻孔布设于路由中心线两侧较均匀分布，孔深为15m。
原状样软土采用薄壁取土器匀速连续压入法取样，原状样硬土采用厚壁取土器以重锤少击法采取。取土样孔中取样间距为2. 0m-2.5m，遇砂土做标贯并取扰动土样做颗分；标贯孔试验间距为2.0m-2.5m，主要在软-可塑及硬土层和砂土层中进行。遇碎石土及强风化基岩要求做重型圆锥动力触探。扰动样砂性土采取在钻进岩芯管中进行，样品满足进行室内测试要求。 室内试验由室内测试中心负责完成，试验标准执行国标《土工试验方法标准》（GB/ T 50123-1999）[3]。第四系原状样按设计要求进行了常规项目、固结试验、三轴固结不排水剪、固结快剪试验等；第四系扰动砂样主要进行了颗粒组成分析试验。土工测试主要仪器设备包括KTG-98全自动固结仪、GYS-2型（76g）液塑限联合测定仪、DSJ-2电动四联等应变直剪仪等。
（1）常规物理力学性质测试
所有原状土样均作常规测试，测定或计算土的含水量、容重、孔隙比、密度、液限、塑限、塑性指数、液性指数、压缩系数、压缩模量和直剪固快等。 （2）三轴剪切试验
为不固结不排水三轴剪切试验，主要为评价岸坡稳定性服务。
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（3）渗透系数
按每个层位6 组计算，测定水平向、垂直向渗透系数。 （4）颗粒分析
所有扰动样及部分原状土样均进行颗粒分析，为土体的正确定名及判定砂土液化服务。砂性土中样品均做颗粒分析，粘性土中颗粒分析每一层保证不少于1-2 组，一般间隔4m ，进行颗粒分析，也可视具体土层厚度和层位而定。
2.4 气象水文动力环境观测
按照工程的要求，采用船舶定点法观测，共布设了4个海流同步观测站进行潮流观测，测流点位置见图3。观测层次为表层、中层及底层。观测时间间隔为60min。计算内容至少包括实测最大流速、流向、平均流速、垂线平均流速、潮流类型、潮流运动形式及最大可能潮流。 2.5 腐蚀因子测定
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腐蚀因子测定包括近底层海水腐蚀因子测定和地基土的腐蚀因子测定，海水的腐蚀因子测定是在ZK1、ZK3号孔采取底层海水进行水质简项分析，地基土腐蚀因子测定是在ZK2、ZK4号孔采取6组土样进行腐蚀性分析。腐蚀因子测定的项目有氧化还原电位、硫S2-含量、Fe3+ / Fe2+ 、pH 值、有机质、盐度及硫酸盐还原菌试验。腐蚀因子的测定除了硫酸盐还原菌外都在现场进行，现场的试验方法按《海洋监测规范》（GB17387 ） 1998）[4]，《海洋调查规范》（ GB12763 ） 91） 执行[5]。
氧化还原电位试验、硫S2- 含量试验及pH 值的室内化学试验主要是补充现场试验存在的不足，凡是在现场试验未满足要求的孔，应在实验室补做上述三项化学试验；硫酸盐还原菌试验是在现场采集的试验样品需要密封和低温保存，在运送途中采用低温保温瓶包装。 2.6 路由区海洋开发活动分析
路由区海洋开发活动分析主要包括路由建设与区划及规划的符合性，以及路由区的建设对于其他利益相关者的影响情况分析。主要包括路由建设对于水利建设、海洋自然保护区、倾废区和旅游区等的影响。若路由管道设计、施工和维护对其他利益相关者主体有直接或间接的不利影响，需在管道设计、施工和维护时，要与相关的部门协调，保证管道的安全，保证本项目周边开发活动主体的利益。例如，唐山乐亭菩提岛海上风电场海底电缆路由的海洋开发活动影响主要分析路由施工期及建成后对渔业养殖、渔业捕捞活动、胜利渔港、大清河盐场、滨海公路及海堤、唐山湾国际旅游区、石臼坨诸岛省级自然保护区的影响，以及与《河北省海洋功能区划》（2005-2010）的符合性。 3 路由条件综合评价及成果报告书
路由条件综合评价包括路由区海洋环境条件评价、工程地质条件评价、路由区地形地貌条件评价、路由区底质类型分布及海底稳定性分析、项目用海与海域开发活动的影响评价。路由条件评价应在路由勘察、试验分析和搜集已有资料的基础上，结合工程特点和要求进行，评价内容主要包括海底工程地质条件、海洋水文气象环境、地震安全性、腐蚀环境、海洋规划和开发环境等。
成果报告包括概述、路由区工程地质条件（特别注意不良工程地质现象的描述， 对埋设的电缆管道要进行埋设可行性分析）、海洋水文气象要素、地震安全性评价、海底腐蚀环境、路由区海洋开发活动以及结论与建议等。
附图包括规定比例尺绘制的各要素图件，例如航迹图、水深图、水深剖面图、浅部地质特征图、海底面状况图、钻孔平面布置图、钻孔综合工程地质柱状图、工程地质剖面图以及综合图等。 参考文献
[1] SY/T 0053 -97.输油气管道岩土工程勘察规范[S].北京：国家标准出版社，1997.
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[2] Q/ GD0159 -94.管道穿越工程采用RB-5 型水平定向钻机施工及验收规范[S].中国石油天然气管道局企业标准，1994.
[3] GB/ T50123 -1999.土工试验方法标准[S].北京：国家标准出版社，1999. [4] GB17387 - 1998.海洋监测规范[S]. 北京：国家标准出版社，1998. [5] GB12763 - 91.海洋调查规范[S].北京：国家标准出版社，1991. 收稿日期：2013-09-01。 作者简介：
刘光昊（1983-），男，本科，助工， 主要研究方向为风电开发、生产、运营，电气自动化和海上风电开发建设。
李海波（1983-），男，本科，助工，主要研究方向为风能资源管理、海上风电开发。
