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海底光缆路由现场勘察:详细探讨

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:海底光缆路由勘察是一项复杂的综合性工程,需使用车辆、船舶及多种勘察仪器。在海底光缆路由勘察开始时,首先要对登陆点进行勘察,发现条件不合适,应及时变换登陆点。

海底光缆路由现场勘察:详细探讨

勘察的目的是为海底光缆线路工程的路由选择、设计、施工以及维护提供基础资料。勘察的任务是查明海底光缆路由区的海底地质条件、海洋水文气象环境、腐蚀性环境参数和海洋规划与开发活动等方面的工程环境条件。

1.现场勘察内容

1)海底水深地形。

2)海底面状况以及海底障碍物。

3)海底浅地层结构及物理力学性质。

4)海底灾害地质因素。

5)海洋水文气象动力环境。

6)腐蚀性环境参数。

7)海洋规划和开发活动。

8)海域使用和海洋环境影响分析的相关内容。

2.路由勘察方法

1)单波束、多波束水深地形测量。

2)侧扫声呐探测。

3)浅地层剖面测量。

4)底质与底层水采样。

5)工程地质钻探。

6)原位试验。

7)土工试验与腐蚀性环境参数测定。

8)磁法探测。

9)海洋水文与气象要素观测。

3.路由勘察范围

勘察范围应按下列要求进行:

1)海底光缆路由勘察在沿路由中心线两侧一定宽度的走廊带内进行。走廊带的宽度在登陆段和近岸段一般为500m,在浅海段一般为500~1000m,在深海段一般为水深的2~3倍。

2)登陆段的勘察走廊带一般从登陆点向陆地方向延伸至100m;对于不登陆的海上路由段的勘察走廊带一般从海上路由端点向外延伸至500m。

3)海底光缆分支器点的勘察在以其为中心的一定范围内进行,在浅海段勘察范围一般为1000m×1000m;在深海段勘察范围一般为3倍水深宽的方形区域。

4)路由与已建海底电缆管道交越点的勘察,近岸段和浅海段一般在以交越点为中心的500m方形范围内进行,深海段一般在以交越点为中心的水深的两倍的方形范围内进行。

5)不同船只勘察区段交接处的重叠调查范围,在浅海段一般为500m,在深海段一般为1000m。

4.现场勘察前准备

路由勘察前,建设单位应获得海底光缆路由勘察许可证,应对勘察船只、仪器等的检查。海底光缆路由勘察是一项复杂的综合性工程,需使用车辆、船舶及多种勘察仪器。勘察仪器及其质量的好坏,是能否获得全面及高质量勘察成果的保证。因而在勘察前必须根据海区环境选择适当的车辆、船舶及各种勘察仪器,并对其进行检查和测定,以保证勘察的顺利进行,提高勘察质量。

5.登陆点勘察

登陆点指海底光缆与陆地光缆接头点的位置,一般设岸滩人井。理想的登陆点的位置,必须在拟定的登陆点的周围地区进行调查,水下应达5m等深线附近,陆上应达邻近的通信站。在海底光缆路由勘察开始时,首先要对登陆点进行勘察,发现条件不合适,应及时变换登陆点。如果待路由勘察结束后,再变换登陆点位置,那么将对经费、时间及精力造成极大的浪费。

位于海陆连接处的登陆点,自然环境复杂、人类活动频繁。登陆点处在潮间带附近,波浪、海流、潮汐的作用较强,锚泊、渔捞活动频繁,洪水雷电对其都可能产生损害。为了海底光缆正常、安全的工作,登陆点应有一个稳定的环境。

在登陆点勘察实施当中,必须得到有关的土地所有者、管理者或其他各种权利所有者的承诺,并且能够保证工程建设及将来工程维护的顺利进行。登陆点勘察内容、要求及实施方法如下:

1)登陆点的勘察范围包括登陆点附近陆域、登陆点附近海域及登陆点至登陆站之间的区域,具体覆盖宽度按工程设计实际情况确定。

2)准确定出登陆点和岸滩接头点的位置,以文字、图像形式记录登陆点各种环境状况,在图上标出位置及重要的参照物,必要时应设置登陆标志牌

3)调查登陆点近海及沿岸自然环境状况,包括地形、地貌、地质、气象、水文状况,采用手持钢钎探测地层土质和沉积物厚度。

4)对登陆点附近村镇分布、土地利用、海岸性质及海洋开发活动情况进行调查,并做好描述记录。

5)勘察自海缆登陆点到登陆站的路由,测量登陆点至登陆站的距离,标出裸露岩石和道路、树木、建筑物及影响光缆敷设的地形地物的精确位置。

6)调查登陆点附近交通、水电等配套设施状况,管(槽)道情况,及时记录多个登陆点方案的特点及优缺点。

7)登陆段路由勘察的结果包括登陆点地形图、登陆点至登陆站路由图。

6.登陆段路由勘察

登陆段指登陆点至水深5m区段的路由走廊带。登陆段路由勘察内容、要求和实施方法如下:

1)登陆段的勘察范围包括登陆点岸线附近的陆域、潮间带及水深小于5m的近岸海域,以预选路由为中心线的勘察走廊带宽度一般为500m,自岸向海方向至水深5m处,自岸向陆方向延伸100m。

2)垂直岸线布设3~5条剖面,对潮滩进行地形测量、地貌调查、底质采样,详细描述底质类型及其分布,分析岸滩冲淤动态

3)对登陆段陆域进行地形、地物测量,对重要地物进行拍照。

4)沿路由探测海底地质和沉积物厚度,观测地貌形态,对不同沉积物和地貌类型进行拍照。

5)采用浅地层剖面仪探测登陆段海底表层构成及浅层沉积物类型,使用静力触探仪进行岩土的原位测试,如工程需要应进行人工潜水探摸、水下摄像及插杆试验。

6)登陆段路由勘察的结果包括水深图、海底地形图、底质类型图和综合图。

7.海上路由勘察

海上路由勘察的任务是查明海上路由区的地形地貌底质、海洋气象水位环境、腐蚀性环境参数和海洋规划与开发活动等方面的自然环境条件,海上路由区的海洋环境和开发活动应满足海底光缆线路安全施工及运行。海上路由勘察内容包括水深、地形地貌、地质、腐蚀性环境参数、海洋水文气候要素、地震安全性及海洋开发利用状况等情况勘察。

(1)水深测量

通过海上路由水深测量,可获得路由上最大水深、浅海范围以及海底地形,这是海底光缆路由系统设计所必需的资料。水深变化反映的海底起伏是计算海底光缆敷设时所需余量的依据,因而它是计算海底光缆长度的基础资料。通过测量可得到海底地形剖面图并选出水深变化小、地形平缓的最佳路由。水深测量内容、要求和实施方法如下:

1)测线布设:主测线应平行预选路由布设,总数一般不少于3条,其中一条测线应沿预选路由布设,其他测线布设在预选路由两侧,测线间距一般为100~300m;检测线应垂直于主测线,其间距一般不大于10km,在复杂区域应适当加密。

2)采用单波束测深系统进行水深测量,应配备涌浪补偿系统消除涌浪的影响,应进行系统时延校正。

3)采用多波束测深系统进行水深测量,应进行路由走廊带的全覆盖测量,应根据水深和仪器性能选择合理的测线间距,使相邻测线间保证20%的重叠覆盖率

4)水深测量的成果图包括水深图与海底地形图。

(2)地形地貌勘察

在海上路由勘察中仅仅掌握水深和海底地形是不够的,海底地貌形态勘察将为海底光缆路由的选择提供更广阔的视野,更精确的资料,更科学的依据。因为地貌提供的不仅是海底的形态,更为重要的是它将揭示地形的变化规律。海底地形地貌勘察内容、要求和实施方法如下:

1)测线布设:主测线应平行预选路由布设,总数一般不少于3条,其中一条测线应沿预选路由布设,其他测线布设在预选路由两侧,测线间距一般为100~300m;检测线应垂直于主测线,其间距一般不大于10km,在复杂区域应适当加密。

2)进行侧扫声呐探测,应根据测线间距选择合理的声呐扫描量程,在路由勘察走廊带内应100%覆盖,相邻测线扫描应保证100%的重复覆盖率,当水深小于10m时可适当降低重复覆盖率。

3)采用侧扫声呐系统沿预选路由探测海底状况,对海底礁石、沙波、沉船、海底管线及其他人为设施等障碍物应清晰表示。

4)海底地形地貌勘查的成果图包括海底面状况图与声呐图像镶嵌图。

(3)地质勘查

海底光缆埋设在海底,被海底的沉积物所掩埋,因而沉积物的特性对海底光缆来说是至关重要的,必须对其特性进行全面的调查。地质勘查对沉积在海底的物质进行粒级及类型划分,并确定沉积物的厚度、分布范围,包括浅地层剖面探测和底质采样与原位试验等。浅地层剖面探测内容、要求和实施方法如下:

1)测线布设:主测线应平行预选路由布设,总数一般不少于3条,其中一条测线应沿预选路由布设,其他测线布设在预选路由两侧,测线间距一般为100~300m;检测线应垂直于主测线,其间距一般不大于10km,在复杂区域应适当加密。

2)进行浅地层剖面探测,获得海底面以下10m深度内的声学地层剖面记录,地层分辨率优于0.2m。

3)采用浅地层剖面仪探测海底表层构成及浅层沉积物类型,观测并分析地层中存在的灾害性地质现象,如滑坡、塌陷、麻坑、基岩、断层、泥丘、古河谷等。

4)浅地层剖面探测的结果包括浅地层剖面图与浅部地质特征图。

底质采样与原位试验内容、要求和实施方法如下:

1)底质采样站位布设间距:近岸段为500~1000m,浅海段为2~10km,深海段一般不设采样站位。应根据工程地球物理勘察的初步结果对站位布设进行适当调整,在地形坡度较陡、底质变化复杂或灾害地质分布区应加密采样站位。

2)使用蚌式、箱式及柱状采样器采集表层样及柱状样。柱状样直径应不小于65mm,黏性土柱状样长度应大于2m,砂性土柱状样长度应大于0.5m,表层底质采样量应不少于1kg。

3)使用静力触探仪进行岩土的原位测试,原位试验孔应尽可能布置在路由的中心线上。

4)柱状采样和静力触探仪的探测可根据海底地质类型的变化而定,不同的海底地质类型或地层结构发生明显变化的区域均应进行采样。

5)柱状取样或静力触探的深度应大于船锚及捕捞网具的最大穿透深度和计划埋缆的最大深度。

6)底质调查的结果表示在地质特征图及综合剖面图上。

(4)腐蚀性环境参数测定

由于海底光缆的外护层一般都用聚乙烯构成,长年累月的腐蚀环境能使聚乙烯的绝缘性能因老化而削弱,钢丝铠装也因此会受到锈蚀、破坏。因而在进行海上路由勘察时,应取海底水及沉积物进行腐蚀性环境参数分析。腐蚀性环境参数测定内容、要求和实施方法如下:

1)底层水参数测试:沿预选路由设置不少于3个底层水采样站位,采集离海底1.5m以内的水样,对底层水pH值、Cl-、SO24-、HCO-3、CO23-等参数,特别是硫化物含量进行测定。

2)海底土参数测试:沿预选路由设置海底土采样站位,在海缆埋深位置处取样,对海底土pH值、Cl-、SO24-、HCO-3、CO23-等参数,特别是硫化物含量进行测定。

3)分析底层水和海底土的腐蚀性环境参数,为海上路由设计提供依据。

(5)海洋水文气象要素观测

海洋水文气象要素包括波浪、潮汐、海流、水温、海冰和海洋气象等,这些要素与海底光缆敷设施工息息相关,需要在海缆工程施工前全面掌握,以便海底光缆线路安全施工作业。海洋水文气象要素观测内容、要求和实施方法如下:(www.xing528.com)

1)波浪:收集预选路由区已有的波浪观测资料,指出全年中较好和较差的海况期;波浪资料包括多年、各月、各向波浪出现频率、最大波高及相应周期。

2)潮汐:在预选路由区内如有常年潮位观测站,可直接利用长期观测的潮汐资料,否则应在预选路由区内设立潮位观测站,进行1个月以上的潮位观测;分析路由区的潮汐性质和各类潮水位的关系。

3)海流:收集预选路由区以往实测资料,或用预报海流资料。在路由区根据地形条件布设足够的实测站位进行全潮水文观测及一个月周期的自动观测浮标站,获取海流资料;海流资料包括表、中、底三层,分析项目主要为路由区的流况,实测最大涨落潮流速,平均大潮流速,平均小潮流速,最大可能潮流速和主流向。

4)水温:水温观测与海流观测同时进行,或收集预选路由区已有的水温观测资料。

5)海冰:收集预选路由区已有的海冰观测资料;根据海冰观测记录,绘制预选路由区冰情图。

6)海洋气象:收集整理预选路由区的气象要素,指出全年中较好和较差的气候窗。气象资料包括风、气温、雾等。风包括多年各月各向风频率,平均风速和最大风速及多年各月大风日节数;气温包括多年各月极端最高、最低及平均气温;雾指多年各月平均雾日。

(6)地震安全性评价

海底发生地震将出现崩塌、滑坡及含有大量泥沙的浊流。崩塌、滑坡将使局部的海缆破坏,而浊流沿着海底斜坡移动,可使海缆遭受大范围的冲断。为了保障今后海底光缆线路安全稳定地运行,需要对预选路由区进行地震安全性评价。地震安全性评价内容、要求和实施方法如下:

1)收集或通过调查获得预选路由区及其附近海域的地质构造和地震、火山活动资料。

2)在需要进行地质构造勘察的区域,可使用地球物理勘测仪器揭示海底地质构造,确定该区域是否属海底断裂带和地震、火山高发区。

3)分析预选路由区域地震构造和地震活动环境,采用概率法进行地震危险性分析计算,给出50年超越概率10%的基岩地震动水平向峰值加速度值。

4)对预选路由场地在地震作用下可能产生的砂土液化、滑坡、塌陷和断层地表错断作用进行评价。

5)需要时根据地震危险性概率分析结果,编制预选路由场地地震动峰值加速度区划图、地震动峰值速度区划图、地震烈度区划图。

(7)海洋开发利用状况调查

海洋开发利用活动的规模和开发的深度,可能危及海底光缆的安全。船舶的抛、拖锚会对海底光缆产生严重的损坏,海底光缆路由应避开各类锚地、捕捞作业区及特种作业区。海洋开发利用状况调查内容、要求和实施方法如下:

1)进行预选路由区内养殖及捕捞活动调查,包括养殖范围、品种、捕捞船、捕捞量及捕捞方式(定置网、底拖网)等。

2)进行预选路由区附近的港口航运状况调查,包括港口、航道、锚泊点的位置及过往船舶类型、数量、吨位、锚重等。

3)对预选路由区及邻近海域的海洋矿产、油田分布、油气资源及开采量、石油平台、管线(输油、输气、输水)进行调查,并做详细记录。

4)对预选路由区及邻近海域的自然保护区、倾废区、军事活动区等特殊区域进行调查,并确定其位置。

8.路由选择及综合评价

海底光缆通信系统登陆点和路由的选择及评价应在资料收集、现场勘察和试验分析的基础上,结合工程特点和要求进行综合评定。登陆点和路由的评价内容主要包括自然环境特征、海底工程地质条件、地震安全性、腐蚀环境、海洋规划和开发活动等,评价时应对勘察获得的资料逐项进行分析及比较,指出登陆点和路由海洋环境及开发活动的有利及不利条件。在对预选的登陆点和拟定的路由条件综合评价的基础上,根据海洋功能区划的要求和邻近海域可持续发展的原则,按照海缆工程科学性可靠性经济性要求通过对比选确定最佳登陆点和路由。确定登陆点和路由后,应编制路由位置表,表中应包括各转向点序号、位置(经纬度或坐标网)、方位角、各转向点间距离、累计距离、水深等,并提出相应的建议,如光缆敷设保护方式、埋设深度、富余量等。

登陆点的选择需考虑的条件如下:

1)高潮线以上,底质类型单一,地形地貌环境适合建设水线井。

2)工程船只易靠近,适合海缆尽快登陆,陆上交通条件好的地点。

3)至海缆登陆站距离较近,便于与陆上光缆连接和易于维护的地点。

4)尽量避开岩石裸露地段,选择登陆潮滩较短以及有盘余留缆区域的地点。

5)尽量远离地震多发带、断裂构造带及工程地质不稳定区。

6)尽量避开对光缆造成腐蚀损害的化工区及严重污染区。

7)尽量避开现有开发活动热点区、养殖区、填海造地区。

登陆段路由的选择需考虑的条件如下:

1)与登陆站距离较近,便于登陆作业和维护。

2)潮滩与临近海区之间海床坡度较小。

3)海潮流和全年风浪较小。

4)沿岸流沙少,地震、海啸及洪水灾害等不易波及。

5)尽量避开港口、码头、锚地、近岸航道及养殖区域。

6)附近没有其他设施或海底障碍(如通信光缆,电力电缆,油、气、水管道等)。

海上路由选择原则如下:

1)尽量选取直线路由。

2)尽量选取适宜敷设的路由。

3)尽量避开隆起的岛礁、礁盘、海底山及深槽、海沟等自然障碍物。

4)尽量避开各类锚地、武器实验区和其他特殊作业区。

5)尽量避开捕捞、养殖作业区和海上开发活动活跃区。

6)应尽量不靠近其他海底光缆或海底管线。

海上路由应尽量避开有以下地形特征和不宜敷设海底光缆的海区:

1)海底为岩石或乱石地带。

2)海底明显起伏。

3)横越海谷。

4)陡峭的斜面或陡崖。

5)河道入口处。

6)火山、地震带附近。

7)海水含硫化氢浓度超过标准,易使光缆遭受腐蚀的严重污染海区。

9.路由勘察报告

登陆点和路由勘察完成后,必须认真编写及时上报登陆点和路由勘察报告,为海底光缆通信系统工程设计提供决策依据。

登陆点和路由勘察报告应包括以下内容:

1)概述,主要包括:勘察依据,勘察时间,勘察内容与工作量统计,勘测设备(含船只)及其定位精度,勘察单位、人员等。

2)自然环境特征的分析及评价,主要包括区域地质概况,地形、地貌特征,波浪、潮汐、海流、水温、海冰、海洋气象等。

3)工程地质条件分析及评价,主要包括海底地形,海底面状况及障碍物分布,海底地质类型及其工程特性,浅地层及其结构特征、表层样及柱状样粒度分析,附着生物的影响,腐蚀性环境参数分析等。

4)地震危险性分析,主要包括地震安全性评价和拟采取的措施。

5)海洋开发活动对工程的影响,主要包括渔捞及锚泊、海水养殖、航道、锚地、军事禁区、排污及倾废区,已建海底光缆线路、管道、石油平台、人工岛工程,各级政府及企业在登陆点及路由区的开发利用规划等。

6)对预选路由及登陆点条件的综合评价及建议,主要包括:登陆点及路由区自然环境特征分析及评价,登陆点及路由区附近海洋开发活动状况分析及评价,登陆点及路由区附近海区可能产生的环境污染分析及评价,登陆点及路由综合优缺点的分析和比较。

勘察报告应包括按规定比例绘制的各要素图件,主要有

1)航迹图。

2)海底光缆路由图。

3)水深图(海底地形图)。

4)地层剖面图。

5)浅部地质特征图。

6)海底面状况图。

7)海底地貌图。

8)海底障碍物分布图

9)登陆段(登陆点)地形地貌图。

10)路由评价综合图。

勘察报告应包括对勘察过程或结果有实际参数价值的资料,主要有

1)侧扫声呐记录。

2)浅地层剖面记录。

3)多波束测深记录。

4)调查锚张力记录。

5)静力触探仪记录。

6)底层采样记录。

7)原位试验成果图表。

8)海洋开发活动观测记录。

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