4.5.3.1 施工船舶

（1）施工船舶的种类。水底电缆工程用的船舶根据用途可分为二类：

一类为直接参加电缆敷设或埋深作业的专业施工船只。这些船只一般分为敷设施工船、埋设施工船、敷和埋可以同时进行的施工船。可以根据水底电缆工程的规模、施工水域的条件、给定的电缆施工方法和要求来配置施工船。必要时亦可将专业施工船只加以改装以适合工程实际的需要。

另一类为辅助船舶。这些船只虽不直接参与电缆的施工，但在施工中，为配合专业船舶的正常作业提供必不可少的技术、后勤保障。这些船舶一般为普通的水上施工船，如拖轮、锚艇、潜水工作船和交通艇等。

配备上述船舶时应该注意：

1）船只的适航性应能满足电缆施工路径的自然条件。其航区应符合施工水域航区等级划分要求。船舶的稳定性、干舷高度以及安全、消防、救生、排放指标均应满足国家颁布的有关船舶规范。主要设备和助航设施可靠完好。

2）根据施工水域情况选择施工船只。在内河或狭窄水道进行电缆施工，要求机动船必须具有良好的操纵性能，以便作业时能方便地控制船位，确保施工质量而且能及时避让航行于繁忙水道的通航船只。对非机动船只则要求有一定数量的锚及其锚机（或卷扬机），能及时应付施工时各种情况的发生。在沿海或近海进行电缆施工作业，要求船只的续航能力强，具有一定数量人员的住宿、生活条件，能确保施工期间燃油、淡水和食品的供给，还必须具备较强的通信设施和大洋中的导航、定位设备。

3）必须考虑工程的具体要求和特点。例如有些工程电缆登陆长度大，为了方便进行电缆登陆作业，就应配置吃水较浅甚至可以临时搁滩的船舶，以缩短登陆作业长度。再如，有的工程要求电缆在装船时只能采用整个托盘吊装安放的形式，就必须选择甲板面开阔、平整的甲板货驳替代。

4）考虑降低船舶调迁费用，亦可就地在水域附近地区选择合适的船型进行改造后替代。

专业施工船可以是自航式（自带航行动力），也可以是非自航式（本身无航行动力，靠拖轮拖）。

（2）选择敷设船的基本要求。用于水底电缆施工的敷设船至少要满足以下要求：

1）船舱或甲板要有足够大的空间，能装载工程所用的电缆，同时能满足电缆技术说明书中关于电缆的弯曲半径、盘绕半径和退扭高度的要求。对于缆舱设在甲板上的敷设船，除了要满足以上条件外，还应满足有足够宽的通道，供施工人员安全通行和操作。船舶装载后的排水量和吃水应小于满载后的设计排水量和吃水，甲板和船舱内结构的承载力应满足电缆的堆载而不发生变形。

2）如果用机动自航的货船进行改造，且采用自航方式敷缆作业，应选择操纵性能好的船舶进行。这是因为一般的货船在低速航行时，舵效很差，如用于电缆施工，则受敷缆速度限制，造成船位不易控制发生偏移，受到横向水流影响严重时将产生失控，直至发生电缆长度不够用的质量事故。为此，应尽量选择带双推进器、双舵的船只或带有侧向推进器的船只。如上述条件无法满足，则船上必须备有应急锚和锚机，供突发事件时，将锚抛下稳住船位。对非自航的驳船，则要求其系泊和锚泊设备能力强，而且施工时必须用其他船只辅助，以保证沿设计路径前进。

3）在满足水底电缆及其设备装载的前提下，尽可能用吃水较小的船只作为敷设船。电缆敷设施工一般要进行始端登陆、中间水域敷设和末端登陆三个过程，在进行登陆作业过程中，尤其是末端登陆（也称“甩尾线”）由于大量电缆漂浮于水上，稍有不慎或风浪影响，极有可能翻沉水底，使电缆突然失去张力而打扭。为防止这类事故的发生，应设法使敷设船尽量靠近滩地，甚至搁浅。

4）其他诸如通信设施、导航定位设施及电站能力等均应满足工程的具体要求。

图4-5-3-1所示为一艘非自航式敷设船。该船的缆舱和敷设机具都置于甲板上，电缆及其设备都能方便地吊入和装卸。施工时由拖轮拖曳进行敷缆作业或用牵引移锚的方法进行敷缆作业。该船亦可配置水力喷射型埋设机进行边敷设边埋深的作业，最大埋设深度可达3.2m，埋深时施工船依靠绞锚前进，速度一般为0～6m/min。该船的主要尺寸和性能见表4-5-3-1。

表4-5-3-1　非自航式敷设船主要尺寸和性能

4.5.3.2 导航、定位

水底电缆工程施工中，能否将电缆正确地敷设在设计路径上取决于施工船的导航和定位系统。施工时，敷设船根据导航数据，沿着设计路径进行敷缆，一旦发现偏差，应及时采取措施，使敷设船恢复至预定的航线，从而避免因偏航造成电缆长度不够的重大质量事故。另外，敷设工程完工后，可以根据导航定位数据绘制电缆实际施工路径图（轨迹图）。运行后的电缆一旦发现故障，人们可以根据上述实际施工路径图，利用故障检测仪较快地找出故障点，推算出该点位于水域上的位置，及时打捞修理。

敷设作业时，敷设船将同步采集施工当前的电缆长度、张力、入水角和水深、埋深等参数，导航定位数据则是这些参数的函数自变量。也就是说根据导航定位数据、可以方便地获得某一位置对应的各种参数，为科学、合理地指导生产施工和日后电缆的使用维修、管理提供可靠数据。

图4-5-3-1　非自航式敷设船

1—数据采集舱；2—DGPS接收天线；3—电缆舱；4—退扭架；5—溜槽；6—救生艇；7—起重机；8—高压水泵；9—移船绞车；10—埋设机卷扬机；11—发电机；12—履带式布缆机；13—计米器、张力测定器；14—卷扬机；15—入水槽；16—埋设机

敷设时测得敷设船上入水槽的位置（船位）并不是真正的电缆敷设位置，因为入水槽上的电缆只是刚刚离开敷设船，尚未躺入水底。电缆在水底正确的位置还要通过水深和入水角度换算得到。实际作业时，一般情况下施工船每移动50m，就必须测定一次船位。也可根据需要（例如敷设至路径拐点部位），增密测量点，这样能及时地引导船只沿设计路径敷缆。

目前常用的水底电缆工程施工测量定位方法有前方交会法、后方交会法、极坐标法和实时差分DGPS全球卫星定位系统，现分述于下。

（1）前方交会法。同时使用2～3台经纬仪，分别设在路径一端轴线两侧的施工控制点A和B上，A、B点的距离和位置已知，向施工船定位点P同时观察水平角α和β，以计算P点的坐标，如图4-5-3-2所示。求出P点距末端或始端点（位置已知）的距离和偏移设计轴线量ΔS。然后用对讲机告知施工船。

（2）后方交会法。在施工船定位点P上设置2台六分仪测站，同时向岸上观察已知控制点A、O、B和定位点P连线的夹角α、β，用三杆分度仪根据α、β角在图上定出船位P点的位置，用比例尺即可量取P点距O点的距离和偏移轴线量的大小，如图4-5-3-3所示。

图4-5-3-2　前方交会法

（3）极坐标法。和上述两种定位手段相比，极坐标法定位操作和使用比较方便、简单。这种方法只需在路径一端的设计轴线上设置一台激光测距经纬仪，观察施工船定位点P距O点的距离ρ和O、P连线与设计轴线的夹角α，即可求得当前船位距离ρ和偏移轴线量ΔS，如图4-5-3-4所示。然后用对讲机告知施工船。

图4-5-3-3　后方交会法

图4-5-3-4　极坐标法

上述三种测量手段所用仪器均为常规光学仪器，受到视距的限制，仅适合于5km以内的近岸段船只的定位。其次，这些方法还将受到不利气象条件的影响，在恶劣天气下就无法进行测量作业。

（4）实时差分DGPS定位系统。对于施工船离岸作业较远，且定位精度要求不是很高的情况下可采用此手段进行定位。它具有作用范围大，能全天候进行工作等优点。如果配置导航定位软件，它还可以将电缆路径设计轴线参数和船舶定位参数同时在显示屏上显示，直观地观测到船舶的动态和方向，为操纵施工船航行提供了可靠、直观的依据。此外还能通过计算机接口同时采集与施工有关的参数，进行储存和打印。

DGPS定位系统的基本原理为：在陆上已知控制点处设置差分台A，在施工船定位点B上架设天线，同时接收空中4颗以上GPS导航卫星信号，并测出各自位置DA和DB，如图4-5-3-5所示。

由于GPS卫星信号存在自然和人为因素造成的误差，DA和DB尚不能直接用来定位，需进行差分修正。设A点的已知坐标为D0，GPS信号测得其位置为

式中 ΔD——误差。

求出误差

设B点用GPS信号测得其位置为DB，其需要定位的真位置为D′0，则

图4-5-3-5　实时差分DGPS导航定位工作原理

在一定范围内，GPS信号误差ΔD=ΔD′，ΔD由差分台A接受并求得的同时，用电台将数据链传输给施工船，得出B点实际位置为：

（5）其他定位方法对距离500m以内的电缆敷设施工和电缆敷设位置没有什么具体要求的，可不采用上述导航定位手段，只需通过观察设在路径轴线上的叠标或标杆进行即可。

4.5.3.3 敷设、埋设机具

敷设、埋设机具有退扭架、溜槽、布缆机、计米器、张力测定器、入水槽、入水角度指示器和埋深作业用的埋设机等。这些机具的配置可根据工程特点作适当调整。敷设机具的选择和配置直接关系到电缆敷设施工的质量。合理的配置既能有效地防止施工时外力损伤电缆，又减轻了指挥、操作人员的劳动强度。

（1）退扭架。退扭架的作用是电缆敷设施工中，能将呈平面螺旋状盘绕在舱内的电缆的扭应力释放掉，使其恢复自然状态。这些扭应力是在盘绕装船时形成的，如果不将其退去，施工时电缆有可能因发生扭绞而损坏。对采取线轴方式敷缆的，因电缆只有平面弯曲，没有经过盘绕，不存在扭应力，因此，可免去退扭架。

退扭架的主要参数是退扭高度。退扭高度H的确切尺度指的是缆舱内最上一层电缆至退扭架顶部入口的高度，退扭架上部的半圆溜槽高度不能计入，如图4-5-3-6所示。一般情况下，水底电缆出厂时，制造厂会对退扭高度提出明确要求。如果找不到明确规定，应与制造厂联系，让制造厂明确退扭高度的数值。退扭高度，在一般情况下，大约等于0.7倍的缆圈外径。

图4-5-3-6　退扭架（α≤45°）

1—船甲板；2—电缆；3—半圆溜槽；4—退扭架；5—电缆舱；6—人梯；7—斜溜槽；8—过渡溜槽；9—平溜槽

退扭架可采用钢桁架结构搭设，顶部设有平台，供安装半圆溜槽、瞭望台、桅杆等设施，同时还必须设有供人员上下时的梯子。考虑有时电缆采用整体吊装形式交货，设计时应考虑退扭架能整体吊装下和脱卸上。

对临时应急的电缆敷设工程，亦可采用现有的钢梁、支架等替代退扭架。

（2）溜槽。溜槽是电缆敷设时的通道，使电缆能保持以一定的形状和要求，通过各机具敷入水中。溜槽有半圆溜槽、斜溜槽、过渡溜槽、平溜槽四种型式。

半圆溜槽和过渡溜槽都有弧形，其半径应大于规定的电缆允许最小弯曲半径。溜槽内设有托轮、挡轮，使电缆表面运动时不受损伤，且减少摩擦阻力。

（3）布缆机。布缆机在敷设施工中有两个主要的作用。一个作用是牵引电缆。当电缆在登陆作业或浅水段敷设作业时，电缆需要一定的牵引力才能从缆舱内经退扭架送入水中。另一个作用是制动电缆。当电缆在深水区域敷设时，敷设船上的电缆会受水中电缆自重的影响而迅速滑入水中。如果不加以控制，电缆有可能在水中打扭、套结而发生事故。通过布缆机的制动，可以使入水段的电缆保持一定的张力，防止电缆在水中打扭、套结，又能较好地控制电缆敷设余量。(www.daowen.com)

图4-5-3-7　履带式布缆机

1—导轮；2—主动链轮；3—压紧油缸；4—横梁；5—履带；6—电缆；7—被动链轮；8—橡胶履带块；9—齿轮；10—减速箱；11—套筒滚子链；12—变频电机；13—控制台；14—液压站；15—制动装置

敷设船上的布缆机有两种类型。一种是履带式布缆机。它通过驱动或制动压紧在电缆的上下履带上，得以牵引或制动电缆。电缆的牵引速度可通过改变变频电机的转速实现，制动则由装在制动轮内的液压装置进行。履带式布缆机的最大特点是履带和电缆接触部分为块式橡胶，上下履带夹紧电缆后，产生的摩擦力可防止橡胶块和电缆的相对滑动，电缆表皮不会发生破损，且电缆始终呈直线状运动，如图4-5-3-7所示。必须指出，上下履带间的夹紧力必须小于电缆允许承受的侧压力，否则有可能损伤电缆。另一种是鼓轮式布缆机，它是通过驱动和制动缠绕着电缆的鼓轮而实现对电缆的牵引或制动的。电缆缠绕在鼓轮上的圈数视电缆敷设张力和电缆与鼓轮表面间的摩擦系数而定。鼓轮式布缆机的最大特点是牵引力、制动力较履带式布缆机大，因而经常被用来打捞和回收电缆。由于鼓轮式布缆机会增加电缆被弯曲缠绕的次数，故电缆敷设作业中，较少被采用。

（4）计米器。计米器可单独设置，亦可作为布缆机的一部分。施工时电缆的长度测量是通过读取计米滚筒上的转数表进行的，也就是说计米滚筒的外周长代表电缆的一定长度量，若干转数即代表若干长度量的电缆，这就要求除了计米滚筒直径要精确外，还必须保持电缆和滚筒之间无相对运动，因此，计米滚筒上应设置压紧电缆的装置和清扫滚筒表面沥青等物的装置。

（5）张力测定器。对较大水深的电缆敷设施工应设置张力测定器，用来检测电缆施工时所承受的张力。其工作原理是当电缆通过张力测定器时，在其内部产生一定的弯曲，当电缆受到轴向拉力后，势必在弯曲处产生法向拉、压力，通过压力传感器测量法向拉、压力，经过计算处理或用拉力器标定其法向压力和拉力的比例常数后，就能很容易地测出张力值，如图4-5-3-8所示。

（6）入水槽及入水角度指示器。入水槽是敷设船上电缆入水前的最后一个机具。电缆通过时，入水槽既受到电缆对它产生的压力，又会受到由船舶调向、偏位所产生的侧向力。因此，入水槽的设计安装必须牢固可靠。入水槽的主体由钢板焊接而成。有的敷设船将入水槽作为船体尾部的一部分。入水槽与电缆发生摩擦的地方，均应设置托轮和挡轮，这些轮子必须能支持住电缆给予的压力，同时又能运转灵活自如。

入水角度指示器是测量电缆入水时电缆和水平面间的夹角。通过观察入水角度，可了解到电缆在水底的情景和估算出电缆所受张力的大小。

图　4-5-3-8　张力测定器工作原理

1—电缆；2—机架；3—压力传感器

（7）其他辅助机具。其他辅助机具包括电缆登陆时的牵引卷扬机、充气浮胎、电缆托轮、绑扎电缆用的绳索、木橇杠等。

4.5.3.4 施工许可证

（1）编制和审批“施工组织设计”（质量计划）。根据所取得的电缆敷设水域政府管理部门的批文、施工图及其设计说明书、电缆使用说明书、路径调查报告及实地勘察了解施工现场的情况，编制和审批“施工组织设计”（质量计划）。在施工组织设计中应明确如下几个内容：

1）施工方法的确认。在设计文件中已经明确电缆是敷设还是埋深，以及埋设深度和有关技术要求，但对具体的细节尚未明确。“施工组织设计”中应制定合理的施工方法。

2）根据确认的施工方法，明确船舶类型、尺度、性能和数量以及主要机械设备配备情况。详细阐述各个工序的作业方法和具体要求，包括测量和定位方法以及采取的各种保证措施。

3）初步明确敷设作业开始时间和进度。开始时间一般选择在气象条件较好的季节，作业期间应在小潮汛憩流期间，并尽量避开航行和渔业繁忙期间。

（2）申请施工许可证。向施工水域政府管理部门提交“质量计划”和水上施工许可申请报告，由政府主管部门协调航运、渔政等部门关系后，颁发水上施工许可证、发布航行通告。

（3）办理其他手续。包括办理电缆跨越或穿越江河海堤的许可文件，解决海水养殖、滩涂青苗赔偿等问题。

4.5.3.5 电缆装船作业

（1）电缆装船作业之前的资料。电缆装船作业之前除了要掌握本工程有关电缆、自然条件和设计要求等情况外，还必须了解和证实如下几个关于电缆装船的数据及问题：

1）电缆的尺寸、重量和长度，电缆外表的长度标志和区别，工厂软接头的位置及其标记，电缆的直径，电缆在空气中的重量、水中的重量、总重量等，电缆附件的数量、体积和重量。

2）电缆的主要机械性能。电缆的最小允许弯曲半径、最小盘绕半径，电缆允许扭转角和电缆允许承受的侧压力和张力。

（2）电缆装船的时间、地点和方式。电缆装船方式有如下几种：

1）通过制造厂内码头高塔上的鼓轮牵引机，将电缆牵引至敷设船并盘绕在缆舱内，这种方法称为散装，如图4-5-3-9所示。散装法普遍用于国产电缆的装船，特别是大长度电缆的装船。

图4-5-3-9　散装法装船

1—电缆运输船；2—电缆；3—滑轮；4—吊杆；5—牵引轮；6—退扭架；7—电缆舱；8—电缆敷设船；9—稳索

2）制造厂将电缆直接盘绕在运输船舱内，或者将电缆盘绕在托盘后再吊放至运输船舱内，运抵施工水域附近港口，然后采用散装或整体托盘吊装方法把电缆装上敷设船，如图4-5-3-10所示。

图4-5-3-10　吊装法装船

1—电缆及其托盘；2—电缆敷设船；3—浮吊；4—起重机；5—电缆运输船

3）制造厂亦可将电缆盘在线轴上，用合适的运输工具运抵施工现场，这种方法仅限用于长度在1km以内的电缆。此外，对长度500m以内的电缆，也可以用“8”字形盘绕方法，将电缆盘在施工船甲板上。

（3）缆舱尺寸的计算。放置电缆的缆舱可以设置在船的甲板上，也可以设置在船舱内，根据敷设船的具体情况而定。所以，缆舱一般设计成圆桶状，由内、外两圈组成，内、外圈之间的空间供盘放电缆，如图4-5-3-11所示。外圈的直径由船宽决定，而内圈的直径和缆舱高度则必须根据电缆的长度和所要求的弯曲半径、盘绕半径及侧压力计算后得出。

1）缆舱内圈直径的计算。制造厂一般都在使用说明书上明确规定电缆的盘绕直径。缆圈的内直径应该大于电缆的允许盘绕直径。有时候电缆制造厂仅规定电缆允许扭转角（度/米），扭转角α和内圈直径d的关系式为

式中 d——内圈直径，m；

α——允许扭转角，度/m。

2）缆舱高度h的计算式为

式中 d0——电缆外径，m；

图4-5-3-11　圆桶状缆舱

L——装船的电缆长度，m；

C——系数（由外向内、再由内向外往复盘缆的取1.1，始终由外向内单方向盘缆的取1.3）；

D——缆舱外圈直径，m；

d——缆舱内圈直径，m。

3）电缆的盘绕高度必须小于下列计算之值

式中 h1——电缆的允许盘绕高度，m；

P——电缆允许承受的侧压力，N/m；

W——电缆在空气中的重量，N/m。

有些缆舱因受船体宽度的限制，圆桶状的缆舱无法容纳工程所需的电缆长度，而将缆舱设计成长圆形的桶状，如图4-5-3-12所示。缆舱内圈两端的半径仍按式（4-5-3-1）计算。

图4-5-3-12　长圆形缆舱

1—电缆；2—内圈；3—外圈

其缆舱的高度h为

且小于由式（4-5-3-3）计算所得之值。

（4）电缆装船作业。电缆散装作业时，敷设船的缆舱内用人工或机械将由牵引机送来的电缆整齐地盘绕在舱内。盘绕的方向为电缆铠装钢丝旋紧方向，盘缆开始时，要将电缆端头置于缆舱外不少于3m，供做电气性能试验之用。盘缆的速度一般约1km/h。

电缆连同托盘由起重机吊装作业时，敷设船应拆除退扭架和溜槽等设施，待吊装完毕后再进行安装。电缆托盘应可靠地和敷设船船体连接。