海底管線保護工程中的合理努力原則與合同執(zhí)行和審計

吳慶華 陳令克

(1.中南電力設(shè)計院 武漢 430071； 2.長沙學(xué)院 長沙 410022)

0 引言

海底管線的技術(shù)復(fù)雜、投資巨大，使得海底管線的保護免受外界破壞成為工程設(shè)計中最受關(guān)注的重點之一[1-2]。海底管線的保護方案眾多，本文主要討論較為多見和常用的沖埋保護和拋石保護[3-4]。沖埋保護具有作業(yè)效率高、保護效果好和費用較低的優(yōu)點。在無法沖埋的區(qū)域，拋石保護是主要的保護手段。

管線保護的效果受到海底地質(zhì)地形條件、障礙物情況、保護水平設(shè)定、設(shè)備能力、保護效率等因素的影響。合同雙方對此有較為充分的認(rèn)識可有助于合同的順利執(zhí)行。

本文從海底地質(zhì)勘察、保護水平設(shè)定、選擇合適的保護設(shè)備入手，說明引入合理努力原則的必然性；通過確定保護設(shè)備參數(shù)、一定的保護工作效率、過程的日報認(rèn)定，說明合理努力原則的執(zhí)行流程。

在合理努力原則條件下，管線保護的工程量存在一定的不確定性。為了便于合同執(zhí)行，保護雙方的權(quán)益，必須確定基本的工程量和一定的變動費率，以保證工程順利執(zhí)行和便于后期的審計的開展。

1 海底勘察的局限性與采用合理努力原則的必然性

海底勘察是一項較為困難、費時費力而又相當(dāng)重要的工作，海底地質(zhì)地形條件、障礙物情況與海底管線的保護方案和水平直接相關(guān)。圖1為典型的1 000 t級專業(yè)勘探船進行海上鉆探。出于投資的考慮，海底地質(zhì)勘察點的密度有限，而海底管線是連續(xù)敷設(shè)在海床上，需要每一點的地質(zhì)信息。因此，合適的勘察點密度尤為重要，在《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763—2007)[5]和《海底電纜管道路由勘察規(guī)范》(GB/T 17502—2009)[6](以下簡稱《規(guī)范》)中均有相應(yīng)的規(guī)定。

圖1 1 000 t級專業(yè)勘探船進行海上鉆探

海底地質(zhì)條件勘察的主要方法有地層剖面探測、底質(zhì)采樣、工程地質(zhì)鉆探和原位試驗等[7]?！兑?guī)范》對海底地質(zhì)勘察點的分布作了明確的規(guī)定。地質(zhì)采樣站位布置間距為：近岸段500～1 000 m，淺海段2～10 km；工程地質(zhì)鉆探鉆孔間距為：近岸段一般100～500 m，淺海段一般2～10 km。

據(jù)測算，一個典型的海底管線工程海洋勘測費用折算到工程地質(zhì)鉆探鉆孔數(shù)(含CPT)上的綜合單價約為10～25萬元/孔，每10孔的完成時間約為3～8 d。由此可知，孔數(shù)與勘察的時間和費用需綜合考慮。

海底地形和障礙物的探測設(shè)備主要有側(cè)掃淺剖系統(tǒng)、淺水多波束儀等。這些探測設(shè)備的探測能力受海洋條件制約，精確度有限。

海底勘察時間和費用是有限的。從另一個角度看，海底電纜的敷設(shè)是連續(xù)的，而鉆孔或采集是離散的。由此，海底勘察的局限性帶來了采用合理努力原則的必然性。通過施工階段采用合理努力原則，可以解決海底勘察時的不足。

2 保護水平設(shè)定和保護設(shè)備參數(shù)確定是采用合理努力原則的基礎(chǔ)

2.1 保護水平設(shè)定

海底管線的保護方式有多種，包括預(yù)挖溝、保護套管、沖埋和拋石等，本文僅討論應(yīng)用最多的沖埋保護和拋石保護。

沖埋保護是利用水犁或沖埋機產(chǎn)生的高壓水流，沖走海底管線底部或兩側(cè)的海底土層，形成電纜溝，電纜自然落入，而后沖起的泥土回落形成電纜的覆蓋保護層。這種方法效率高、效果好而費用相對低，是海底管線較為通用和常見的保護方式。典型的水犁和沖埋機如圖2所示，其中水犁主要用于邊敷邊埋的施工方式，沖埋機主要用于先敷后埋的施工方式。

(a)水梨

對于地質(zhì)條件過于堅硬的情況，如不排水抗剪強度在150 kPa以上時，沖埋保護無法有效達到目標(biāo)，可以采用拋石保護手段。拋石壩要計算洋流作用下的穩(wěn)定性。典型的拋石保護施工和拋石壩如圖3所示。

(a) 拋石保護施工

根據(jù)研究，海纜所受危害最主要的因素是錨害，錨的重量越大，可能產(chǎn)生的錨害越大。

管線本身不具備抗錨能力，必須通過工程保護或綜合防控手段來防止錨害[8-10]。一般而言，設(shè)防水平越高，工程投入越大，且呈指數(shù)曲線上升。因此，需要合理地確定管線抗錨害的設(shè)防水平。

對于不同的設(shè)防水平，結(jié)合路由區(qū)段的錨害概率，進行風(fēng)險分析計算，得到相應(yīng)不同的事故概率。同時，對于不同的設(shè)防水平，進行工程量和投資分析計算，作為最終設(shè)防水平的確定依據(jù)。綜合各種因素，選擇可接受的事故概率和工程投資，確定工程設(shè)防水平。

沖埋保護的深度與海底地質(zhì)條件呈現(xiàn)一定關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖4所示。研究表明，錨的貫入深度與海底地質(zhì)條件直接相關(guān)。海底土質(zhì)的飽和不排水抗剪強度越高，錨的貫入深度越小，反之錨的貫入深度越大[10]。圖5表現(xiàn)了錨的貫入深度與飽和不排水抗剪強度的關(guān)系。一個典型工程的設(shè)防水平為抗1 t錨，由圖5可得1 t錨的貫入深度。由此，工程設(shè)計方案將給出一個目標(biāo)埋深表，作為保護水平的設(shè)定。

圖5 錨的貫入深度與飽和不排水抗剪強度的關(guān)系

圖4 保護水平與埋深的關(guān)系

保護水平設(shè)定之后，合理努力原則將按此作為工程實施的依據(jù)。

2.2 保護設(shè)備參數(shù)確定

沖埋機械的主要設(shè)備參數(shù)有出口水壓和水量兩個指標(biāo)，同時還有工作效率，也就是沖埋機的前進速度[11]。對于100 m的水深，一般采用的是水下泵，以減少水頭損失；對于10 m左右的水深，一般采用的是水面泵，實現(xiàn)相對簡單，水頭損失的影響小。對于飽和不排水抗剪強度在100～150 kPa范圍內(nèi)的土質(zhì)，出口水壓一般在1 500～2 000 kPa。水量一般在數(shù)百至數(shù)千m3/h之間。一般情況下，沖埋機的前進速度在數(shù)m/min之間。

沖埋機輸出特性曲線顯示，在小流量時可獲得較大出水壓力，在低水壓時可獲得較大出水流量。對于不同的土質(zhì)條件，需調(diào)節(jié)合適的出口壓力與水量，形成較好的沖埋效果和效率。

對于邊敷邊埋方式下的沖埋設(shè)備一般是水犁。水犁是在敷設(shè)電纜時同時實現(xiàn)沖埋保護。水犁除了水對土層的作用外，本身與敷纜船有鋼纜聯(lián)系，可借助敷纜船一定的拖曳力，提高沖埋效率。對于先敷后埋方式下的沖埋設(shè)備一般是沖埋機。沖埋機自帶動力和尋跡功能，在電纜已敷設(shè)完畢后實現(xiàn)沖埋保護[12]。

拋石保護的主要設(shè)備指標(biāo)有拋石船一次性的載石量、落石速度、水下ROV的定位能力和準(zhǔn)確性。合適的參數(shù)選擇可以保證保護的實施效率和石料的利用率。

合理努力原則將以此參數(shù)作為確定合理努力原則的依據(jù)。

3 合理努力原則的執(zhí)行

合理努力原則(Reasonable Endeavor Criteria)的基本思想是以雙方約定的一組條件，即一個合情合理的工作狀態(tài)和效率完成預(yù)定的管線保護。

3.1 對于沖埋保護

以雙方約定的一組參數(shù)作為沖埋工作的條件，如沖埋機的出水壓力、出水量和沖埋機前進速度，進行保護工作。

(1)在邊敷邊埋方式下，采用水犁作為沖埋設(shè)備。當(dāng)遇到較硬的土層時，水犁的牽引力增加，當(dāng)牽引力達到某一個預(yù)設(shè)值時，水犁的前進速度便會下降。一般地，如果前進的瞬時速度降到2 m/min或以下，且平均超過10 min，沖埋機的噴射臂會緩慢抬高，前進的速度也會逐漸恢復(fù)到22 m/min；如果沖埋深度小于0.5 m，前進的瞬時速度降到22 m/min或以下，且平均超過10 min，則該區(qū)域視為不能沖埋。當(dāng)遇到較軟的土層時，水犁的牽引力減少，噴射臂會降低高度，前進速度達到預(yù)設(shè)值，使得埋設(shè)深度加大。

(2)在先敷后埋方式下，采用沖埋機作為沖埋設(shè)備。與邊敷邊埋類似，同樣預(yù)設(shè)一個合理的沖埋速度范圍，根據(jù)速度的大小，調(diào)節(jié)水刀的角度，使得工作速度可控，埋深在一個可接受的范圍內(nèi)。當(dāng)水刀的角度達到最大，即最大埋深時，可盡量提高速度和效率，縮短工期。

3.2 對于拋石保護

拋石量受到能見度、水深、洋流、海底地形和障礙物等多種條件的影響，會產(chǎn)生一定偏差。雙方需確定拋石壩的尺寸和偏差，拋石總量和偏差，拋石位置和長度等條件。當(dāng)施工方按預(yù)設(shè)的裝載量和船次，拋石路徑和坐標(biāo)，石壩的尺寸等條件實施時，即認(rèn)為完成拋石保護。

保護過程中出現(xiàn)偏離預(yù)設(shè)條件時，應(yīng)完成以下行為：①將相關(guān)部分的坐標(biāo)記錄到航行日報中；②通知相關(guān)方；③中斷當(dāng)前的保護；④繞過該部分，找到認(rèn)為可繼續(xù)實施的最近位置，嘗試?yán)^續(xù)保護施工。各方簽證后，繞過部分的保護被認(rèn)為滿足合理努力原則，更換或加強保護方案符合重新增加工程量部分。

實際上，合理努力原則是海底管線保護工程中較為通行的做法。多數(shù)海底管線的保護都遵循這個準(zhǔn)則，這樣可以將雙方的風(fēng)險都控制在一個合理的范圍內(nèi)。

合理努力原則的執(zhí)行流程如下：

(1)設(shè)計方根據(jù)自身管線保護的需要，確定保護方案原則。在該原則下，考慮一定安全系數(shù)后確定目標(biāo)埋深，即對應(yīng)不同的飽和不排水抗剪強度有不同的沖埋深度要求。

(2)施工方根據(jù)設(shè)計方要求，提出相應(yīng)能力的沖埋設(shè)備和工作方式，提供沖埋設(shè)備在最大工作狀態(tài)下對應(yīng)不同的飽和不排水抗剪強度的沖埋深度曲線，并得到設(shè)計方的認(rèn)同。

(3)當(dāng)施工方的沖埋設(shè)備處于雙方約定的設(shè)備出力狀態(tài)和工作方式下操作時，便認(rèn)為滿足合理努力原則的條件。雙方還可約定施工方實時提供設(shè)備工作參數(shù)，設(shè)計方可隨時通過屏幕監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。

(4)以雙方簽署的日報作為合同執(zhí)行和結(jié)算的依據(jù)。

4 合同執(zhí)行和審計

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，工程建設(shè)項目要進行工程審計。常規(guī)陸地工程的隱蔽或可視部分，有許多成熟的審計方法和手段，對于隱蔽部分，必要時還可以重點或局部開挖查看。海底電纜工程相比陸地工程而言，有其特別之處，尤其對于海底保護部分。一般情況下審計人員不可能到達海底，技術(shù)手段上的可視性對于非專業(yè)人員也較難閱讀。但工程建設(shè)有其必然可循的規(guī)律，工程建設(shè)過程中完整準(zhǔn)確的記錄可以較好的解決審計難題。

在合理努力原則的條件下，沖埋保護工程的工程量存在一定的不確定性；其次，沖埋工程的費用主要由動遣費和日費構(gòu)成；同時，天氣船期等因素造成的待命等影響也不可忽視。因此，工程費用存在較為復(fù)雜的多因子關(guān)系，這些都必須事先給予充分考慮。

5 結(jié)語

本工程在執(zhí)行過程中，引入國際通行慣例，較好地解決了實際困難，為今后海底管線的保護探索了一個可行的解決方案。

(1)根據(jù)工程實際，雙方確認(rèn)合理努力原則的工作條件。

(2)雙方初步確認(rèn)工程量的估計值，以此作為合同費用的基數(shù)。實際產(chǎn)生的工程量在基數(shù)的基礎(chǔ)上按雙方約定的費率動態(tài)變化。

(3)雙方在執(zhí)行過程中，以日報形式對合同雙方一致認(rèn)同的工作條件進行實時確認(rèn)?，F(xiàn)場簽證注明簽證日期和時間，設(shè)備狀態(tài)和工作參數(shù)，簽證人員和單位，簽證內(nèi)容、技術(shù)要求和實際完成情況等。

(4)雙方對存疑之處進行最終確定。完整準(zhǔn)確清晰記錄，為后期順利通過審計創(chuàng)造條件。