（深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518054）

0 引言

對(duì)于連接2個(gè)平臺(tái)之間的海纜（電纜/臍帶纜）鋪設(shè)安裝作業(yè)，在海纜末端抽拉上平臺(tái)時(shí)，目前國(guó)際海工領(lǐng)域上常用的方法有3種：1）海底拖拉法。海纜末端在海底甩下“U”形或“S”形彎段，使用平臺(tái)絞車直接進(jìn)行抽拉。2）撐桿提拉法。海纜末端在海底甩下“U”形彎段，使用撐桿將“U”形彎段海纜提起，配合平臺(tái)絞車進(jìn)行抽拉。3）半圓支架提拉法。半圓支架提前放置在海床的設(shè)計(jì)位置，將海纜末端鋪設(shè)進(jìn)入半圓支架，使用半圓支架將海纜提起，配合平臺(tái)絞車進(jìn)行抽拉。

1 海底拖拉法

“海底拖拉法”是早期平臺(tái)間海底電纜鋪設(shè)作業(yè)中常用的海纜末端抽拉工藝。將海纜末端按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的彎段路由鋪設(shè)至海底后，使用平臺(tái)絞車直接將海纜抽拉至平臺(tái)進(jìn)行錨固，如圖1所示（俯視圖）。

圖1 海底拖拉法海纜末端“S”形彎段示意圖

其主要的施工步驟有6個(gè)：1）海纜末端鋪設(shè)靠近平臺(tái)時(shí)，計(jì)算出所需抽拉至平臺(tái)的海纜長(zhǎng)度，在計(jì)算好的位置將多余的電纜切斷（臍帶纜不可切斷，需要在末端平臺(tái)附近甩彎消耗多余長(zhǎng)度的臍帶纜）。2）切斷后的電纜末端完成密封，并安裝輔助抽拉的拖拉網(wǎng)套（臍帶纜一般配備有專用的拖拉頭，無需安裝拖拉網(wǎng)套）。3）按照預(yù)先設(shè)計(jì)的“U”形或“S”形路由將海纜鋪設(shè)至海底，并將海纜末端臨時(shí)放置于平臺(tái)海纜護(hù)管口附近。4）平臺(tái)絞車通過平臺(tái)海纜護(hù)管下放至海底，將平臺(tái)絞車與電纜末端的拖拉網(wǎng)套（或臍帶纜拖拉頭）連接。5）回收平臺(tái)絞車，將海纜末端通過海纜護(hù)管抽拉至平臺(tái)的預(yù)定位置。6）安裝海纜錨固裝置，將海纜固定于平臺(tái)上。

“海底拖拉法”的優(yōu)點(diǎn)是不需要輔助提拉工具，海纜末端抽拉作業(yè)設(shè)備只有平臺(tái)絞車，操作簡(jiǎn)單，界面清晰。

但是其缺點(diǎn)也很明顯，主要有以下3點(diǎn)：1）在海纜末端抽拉至平臺(tái)過程中，整段“U”形或“S”形彎段海纜直接拖曳于海床上，海纜與海床之間的摩擦力較大造成所需絞車?yán)^大，對(duì)平臺(tái)絞車的作業(yè)能力要求高；如果海纜“U”形或“S”形彎段內(nèi)有障礙物，抽拉過程中可能會(huì)對(duì)海纜造成損傷。2）海纜進(jìn)入護(hù)管口的角度不可調(diào)，如果進(jìn)入角度存在較大偏差，可能會(huì)造成海纜刮傷。對(duì)于配備護(hù)管口密封塞的海纜，無法調(diào)整海纜進(jìn)入護(hù)管口角度將會(huì)增大密封塞的安裝難度。3）海纜抽拉完成后其最終路由與設(shè)計(jì)路由存在較大偏差。

2 撐桿提拉法

“撐桿提拉法”是在“海底拖拉法”的基礎(chǔ)上改進(jìn)的1種海纜末端抽拉工藝。海纜末端抽拉上平臺(tái)時(shí)，為了減小平臺(tái)絞車的抽拉力，降低安裝難度，使用撐桿在設(shè)計(jì)的位置將海纜提起。在平臺(tái)絞車進(jìn)行抽拉的過程中，吊機(jī)將吊著海纜的撐桿下放，并同步移船，絞車抽拉、撐桿下放與移船三者協(xié)調(diào)一致，將海纜末端抽拉至平臺(tái)。其主要的施工步驟有10個(gè)：1）海纜鋪設(shè)靠近末端平臺(tái)時(shí)，在預(yù)先計(jì)算好的海纜位置安裝連接提拉撐桿用的兩套拖拉2套。2）繼續(xù)鋪設(shè)海纜，計(jì)算出所需抽拉至平臺(tái)的海纜長(zhǎng)度，在計(jì)算好的位置將多余的電纜切斷（臍帶纜不可切斷，需在末端平臺(tái)附近甩彎消耗多余長(zhǎng)度的臍帶纜）。3）切斷后的電纜末端完成密封，并安裝輔助抽拉的拖拉網(wǎng)套（臍帶纜一般配備有專用的拖拉頭，不需要安裝拖拉網(wǎng)套）。4）按照預(yù)先設(shè)計(jì)的“U”形路由將海纜鋪設(shè)至海底，并將海纜末端臨時(shí)放置于平臺(tái)海纜護(hù)管口附近。5）平臺(tái)絞車通過平臺(tái)海纜護(hù)管下放至海底，將平臺(tái)絞車與電纜末端的拖拉網(wǎng)套（或臍帶纜拖拉頭）連接。6）移船回到“U”形彎段海纜處，提拉拖拉網(wǎng)套須位于海纜“U”形彎段頂部?jī)蓚?cè)。吊機(jī)將配備好提拉索具的撐桿下放至海底海纜“U”形彎段上方。7）將撐桿的提拉索具連接至海纜“U”形彎段處的拖拉網(wǎng)套，如圖2所示，回收吊機(jī)，將海纜“U”形彎段垂直提起。8）平臺(tái)絞車鋼絲繩，同步下放撐桿，往平臺(tái)方向移船，3個(gè)動(dòng)作協(xié)調(diào)一致，將海纜末端通過海纜護(hù)管抽拉至平臺(tái)的預(yù)定位置，如圖3所示，并進(jìn)行海纜錨固。9）海纜抽拉結(jié)束后，將連接在撐桿上過多的海纜余量垂直于海纜路由下放至海底，如圖4所示。10）采用“撐桿提拉法”進(jìn)行海纜末端抽拉時(shí)，除了要計(jì)算好所需的海纜長(zhǎng)度，留有一定的余量外，還需保證海纜在水中的懸鏈線姿態(tài)，而懸鏈線監(jiān)控的重要指標(biāo)為海纜的上部懸掛點(diǎn)到觸泥點(diǎn)的水平距離（Layback，以下簡(jiǎn)稱L）。

圖2 撐桿提拉法海纜“U”形彎段索具示意圖

如圖5所示的坐標(biāo)，懸鏈線方程如公式（1）～（3）所示[1-2]：

圖3 撐桿提拉法海纜末端抽拉至平臺(tái)示意圖

式中：a為懸垂參數(shù)；H為水深；T0為電纜海底張力；w為電纜在水中每米的重量；L為海纜的上部懸掛點(diǎn)到觸泥點(diǎn)的水平距離；s為懸鏈線海纜總長(zhǎng)；T為海纜上端所受的張力；R0為海纜著泥點(diǎn)處的彎曲半徑。

由此可知，L值發(fā)生變化時(shí)，其懸鏈線也會(huì)相應(yīng)改變。在海纜高度H不變的前提下，L值變大，懸鏈線會(huì)變長(zhǎng)，海纜所受的張力會(huì)變大；L值變小，懸鏈線會(huì)變短，海纜所受的拉力會(huì)減小，但是著泥點(diǎn)處海纜的彎曲半徑會(huì)變小。綜合考慮到海纜所受的拉力和著泥點(diǎn)處海纜的彎曲半徑，海纜L值會(huì)有1個(gè)安全范圍。在海纜施工過程中，應(yīng)時(shí)刻保持海纜L值在此安全范圍內(nèi)。

使用撐桿法進(jìn)行海纜抽拉時(shí)，容易因操作不當(dāng)造成海纜扭結(jié)，分析認(rèn)為，內(nèi)應(yīng)力是海纜下放過程中扭結(jié)的主要原因。圖6和圖7為使用撐桿下放海纜時(shí)，不同L值下海纜的懸鏈線姿態(tài)和受力狀態(tài)比較圖。由圖可知，當(dāng)撐桿兩邊的海纜L值越大時(shí)，海纜承受的張力越大，在較大張力狀態(tài)下，海纜本身會(huì)繃得更緊，相對(duì)于松弛狀態(tài)，繃緊的海纜不容易出現(xiàn)扭結(jié)[3]。

所以，為了防止海纜扭結(jié)，撐桿兩邊的海纜L值應(yīng)保持一致，并且在L值處于安全范圍內(nèi)的前提下，保持在相對(duì)較大的數(shù)值，使兩邊海纜承受較大的張力。同時(shí)，應(yīng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)海纜狀態(tài)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要在海纜著泥點(diǎn)附近，如果條件允許，可同時(shí)對(duì)海纜中上部進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)海纜有要打扭跡象時(shí)，立即停止作業(yè)，并查找原因?？刹扇?duì)L值進(jìn)行優(yōu)化、減小海纜抽拉速度等措施防止海纜扭結(jié)。

圖4 撐桿提拉法剩余海纜鋪設(shè)示意圖

因?yàn)橄鄬?duì)于“海底拖拉法”，“撐桿提拉法”將“U”形彎段的海纜整段提起離開海床，減小了海纜抽拉期間海纜與海床的摩擦力，所以其要求的平臺(tái)絞車能力相對(duì)較小。由于撐桿將整段“U”形彎段海纜提起，因此海纜抽拉期間不會(huì)受到路由附近海床障礙物的影響，且可通過調(diào)節(jié)撐桿的位置來調(diào)節(jié)海纜進(jìn)入護(hù)管口的角度，使海纜抽拉作業(yè)更加安全，提高了配備有密封塞海纜的安裝成功率。

另外，與“海底拖拉法”相比，“撐桿提拉法”完成海纜抽拉后，海纜的最終路由更接近設(shè)計(jì)路由，如圖8和圖9所示，為2種抽拉工藝的完工路由圖。

3 半圓支架提拉法

“半圓支架提拉法”是在“撐桿提拉法”的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的需求而改進(jìn)的1種海纜末端抽拉工藝。采用半圓支架提拉的目的主要是為了保證海纜在提拉與抽拉過程中，海纜的彎曲半徑能夠得到固定半徑支架的保護(hù)，確保海纜在抽拉過程中不會(huì)過彎，圖10為典型的半圓支架示意圖。

主要的施工步驟有以下6個(gè)：1）半圓提拉支架提前下放至設(shè)計(jì)的海纜路由“U”形彎頂部位置。2）海纜末端鋪設(shè)靠近平臺(tái)時(shí)，計(jì)算出所需抽拉至平臺(tái)的海纜長(zhǎng)度，在計(jì)算好的位置將多余的電纜切斷（臍帶纜不可切斷，需在末端平臺(tái)附近甩彎消耗多余長(zhǎng)度的臍帶纜）。3）切斷后的電纜末端完成密封，并安裝輔助抽拉的拖拉網(wǎng)套（臍帶纜一般配備有專用的拖拉頭，無需安裝拖拉網(wǎng)套）。4）將海纜鋪設(shè)進(jìn)入半圓提拉支架卡槽，海纜末端臨時(shí)放置于平臺(tái)海纜護(hù)管口附近，將平臺(tái)抽拉絞車連接至電纜末端拖拉網(wǎng)套（或臍帶纜拖拉頭）。5）安裝船舶下放吊機(jī)起吊半圓提拉支架，保證海纜處于提拉支架卡槽內(nèi)，通過半圓提拉支架將整段海纜“U”形彎段垂直提起。6）平臺(tái)絞車鋼絲繩回收，同步下放半圓提拉支架，往平臺(tái)方向移船，3個(gè)動(dòng)作協(xié)調(diào)一致。將海纜末端通過海纜護(hù)管抽拉至平臺(tái)的預(yù)定位置，如圖11所示，并進(jìn)行海纜錨固。

圖5 海纜懸鏈線示意圖

圖6 海纜L值較小示意圖

圖7 海纜L值較大示意圖

圖8 “海底拖拉法”的海纜完工路由

圖9 “撐桿提拉法”的海纜完工路由

圖10 半圓支架示意圖

海纜抽拉結(jié)束后，采用絞車配合吊機(jī)傾倒半圓提拉支架，將剩余海纜垂直海纜路由放置于海床，如圖12所示。

“半圓支架提拉法”與“撐桿提拉法”的區(qū)別在于將撐桿換成半圓支架。半圓支架相對(duì)于撐桿來說，其固定半徑的圓弧能切實(shí)保證海纜在抽拉過程中位于圓弧內(nèi)的海纜彎曲半徑處于固定值。并且采用半圓支架提拉，海纜上不用安裝拖拉網(wǎng)套等附件，完成抽拉后，也不會(huì)在海纜上遺留輔助提拉等附件。

但是“半圓支架提拉法”因?yàn)樾枰獙⒑＠|鋪入支架卡槽內(nèi)，所以對(duì)海纜鋪設(shè)的精度要求較高，同時(shí)半圓支架相對(duì)撐桿設(shè)計(jì)更復(fù)雜，占用甲板面積更多。

圖11 半圓支架提拉法示意圖

圖12 半圓支架提拉法剩余海纜鋪設(shè)示意圖

4 海纜末端抽拉工藝的選擇

“海底拖拉法”、“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”在海纜末端抽拉平臺(tái)的施工中都有過成功的工程實(shí)踐。3種海纜末端抽拉工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，可考慮從以下5個(gè)方面進(jìn)行選擇：1）海纜末端平臺(tái)附近海底結(jié)構(gòu)物較多，海纜末端“U”形彎不可避免會(huì)跨越已有結(jié)構(gòu)物，建議選擇“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”。2）平臺(tái)抽拉絞車載荷較小，需減小海纜抽拉拉力，建議選擇“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”。3）對(duì)安裝有密封塞的海纜或?qū)＠|完工路由要求較高的項(xiàng)目，建議選擇“撐桿提拉法”和“半圓支架提拉法”。4）完成海纜抽拉后，海纜上不允許遺留拖拉網(wǎng)套等附件，或海纜末端無法安裝拖拉網(wǎng)套等輔助提拉附件，建議選擇“海底拖拉法”和“半圓支架提拉法”。5）海纜鋪設(shè)精度低，甲板面積不足，可選擇“海底拖拉法”和“撐桿提拉法”。