海上風(fēng)電場(chǎng)樁基水下結(jié)構(gòu)及海纜接入端檢測(cè)

紀(jì)立軍?陶偉

摘 要：海上風(fēng)電場(chǎng)樁基水下結(jié)構(gòu)及海纜長(zhǎng)期承受各種荷載、高水流作用，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后，安全檢測(cè)問(wèn)題日益突出。鑒于海上風(fēng)電場(chǎng)水下工程質(zhì)量的嚴(yán)峻性及對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)后期運(yùn)維的重要性，本文詳細(xì)介紹了海上風(fēng)電場(chǎng)樁基水下結(jié)構(gòu)及海纜接入端檢測(cè)的工作方法，并分析了海上風(fēng)電場(chǎng)樁基結(jié)構(gòu)與海纜接入端的檢測(cè)實(shí)例，提出了相關(guān)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;圖像聲吶;潛水探摸;海纜接入端

中圖分類號(hào)：TM614;TU753文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）05-0038-03

Abstract： After long-term operation， the problem of safety detection becomes increasingly prominent. In view of the seriousness of the quality of the underwater engineering of offshore wind farm and the importance of the later operation and maintenance of offshore wind farm， this paper introduced in detail the detection methods of the pile foundation underwater structure and the submarine cable access end of offshore wind farm， analyzed the detection examples of the pile foundation structure and the submarine cable access end of offshore wind farm， and put forward some relevant opinions.

Keywords： offshore wind power;image sonar;diving exploration;submarine cable access end

海上風(fēng)電場(chǎng)樁基水下結(jié)構(gòu)及海纜接入端檢測(cè)工作事關(guān)風(fēng)電樁基安全，因此，加強(qiáng)對(duì)其的檢測(cè)十分重要。對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)，由于水域環(huán)境的復(fù)雜性和水下病害的隱蔽性，需要關(guān)注的安全問(wèn)題與樁基水上部分有很大不同。海上風(fēng)電場(chǎng)樁基的安全質(zhì)量問(wèn)題主要包括樁基受水流沖刷問(wèn)題、樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端的狀況等。為了檢測(cè)和預(yù)警此類問(wèn)題，需要采用不同的技術(shù)手段。但目前，國(guó)內(nèi)仍然采用潛水員探摸攝像的方式開(kāi)展樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端的檢測(cè)。本文介紹一種利用聲吶技術(shù)與潛水探摸或遙控?zé)o人潛水器（Remote Operated Vehicle，ROV）相結(jié)合的方式，從宏觀和微觀方面，詳細(xì)檢測(cè)樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端的水下?tīng)顩r，并通過(guò)工程實(shí)例應(yīng)用說(shuō)明其適用性和推廣價(jià)值。

1 樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端檢測(cè)的方法

1.1 水下結(jié)構(gòu)的直接觀察檢測(cè)

目前主要使用潛水員和水下機(jī)器人（主要是ROV）進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)檢測(cè)，包括檢測(cè)J型管喇叭口海纜情況、海生物附著情況、防沖刷保護(hù)措施的有效性等。工作時(shí)一般要求海水流速在2節(jié)以下且水體透明度較好。

目視檢查（又稱I級(jí)檢測(cè)）是最基本的檢驗(yàn)方法[1]。它是通過(guò)潛水檢驗(yàn)員用手及簡(jiǎn)單的測(cè)量工具，并結(jié)合水下錄像等手段，去觀察和記錄表面所能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)被檢結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面檢查的一種方法。利用該方法可詳細(xì)觀察結(jié)構(gòu)表面是否被重物擊傷或存在扭曲、彎曲、凹凸變形等情況，并對(duì)犧牲陽(yáng)極和海生物的分布進(jìn)行檢查。當(dāng)需要進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量（如測(cè)量海生物覆蓋厚度、犧牲陽(yáng)極電位、損傷大小等）時(shí)，一般需要通過(guò)潛水員進(jìn)行，或采用有水下吸附能力或水下固定能力的ROV進(jìn)行。

通過(guò)潛水員或ROV進(jìn)行水下檢測(cè)時(shí)，還要根據(jù)水質(zhì)清濁程度，選擇合適的攜帶設(shè)備。在水體透明度較好時(shí)，可攜帶光學(xué)攝像機(jī)進(jìn)行檢查，如果水體比較渾濁，可攜帶高頻的二維圖像聲吶進(jìn)行檢測(cè)[2]。

1.2 水下結(jié)構(gòu)的間接掃描檢測(cè)

水下結(jié)構(gòu)的間接掃描檢測(cè)主要包括多波束掃測(cè)（傾斜安裝掃測(cè)）、水下三維掃描聲吶掃測(cè)和水下三維激光掃描儀掃測(cè)等方式[3]。

聲學(xué)多波束測(cè)深一直是局部沖刷監(jiān)測(cè)最常采用的一類技術(shù)。按照具體實(shí)施方式的不同，可以將多波束測(cè)深沖刷監(jiān)測(cè)分為固定式和移動(dòng)式兩類。固定式多波束測(cè)深沖刷監(jiān)測(cè)方式是利用固定在樁基上的測(cè)深裝置對(duì)其附近的局部沖刷實(shí)施無(wú)人值守、不間斷監(jiān)測(cè)，而移動(dòng)式多波束測(cè)深沖刷監(jiān)測(cè)方式則主要是通過(guò)水上載體攜帶測(cè)深裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)局部沖刷的定期監(jiān)測(cè)。多年的工程實(shí)際應(yīng)用表明：聲學(xué)多波束測(cè)深沖刷監(jiān)測(cè)具有精度高、工作穩(wěn)定、可操作性好、能實(shí)現(xiàn)對(duì)沖刷發(fā)展全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn)。水下三維掃描聲吶具有混濁水環(huán)境下工作能力強(qiáng)、量程較大等優(yōu)勢(shì)[4]。水下三維激光掃描儀量程相對(duì)較小，但在較好的水體環(huán)境下，其掃測(cè)精度遠(yuǎn)高于水下三維掃描聲吶，掃測(cè)精度主要受水體透明度、環(huán)境背景光線、表面材料、到目標(biāo)的距離等因素的影響。

水下結(jié)構(gòu)精密掃描的作業(yè)方式主要為定點(diǎn)安裝式。定點(diǎn)安裝式為單站固定位置掃測(cè)，在海底流速較小時(shí)，通過(guò)控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物不同角度的掃描，獲得掃描區(qū)域三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。多站掃測(cè)結(jié)束后通過(guò)專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行拼接，形成最終的三維點(diǎn)云圖[5-6]。

2 海上風(fēng)電場(chǎng)樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端檢測(cè)案例

本文研究的海上風(fēng)電場(chǎng)位于如東縣近海海域，于2016年4月25日正式開(kāi)工建設(shè)，2016年12月23日首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2017年9月30日正式進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。風(fēng)電場(chǎng)海域水體渾濁，故無(wú)法采用目視及光學(xué)攝像機(jī)對(duì)樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端細(xì)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)，只能采用聲學(xué)的方法進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)綜合比較，本工程采用潛水員手持高頻二維圖像聲吶及船載三維實(shí)時(shí)圖像聲吶設(shè)備對(duì)樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)。

本次工程對(duì)如東八仙角風(fēng)場(chǎng)的70臺(tái)風(fēng)機(jī)及2座海上升壓站進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容主要是對(duì)樁基的海纜接入端情況進(jìn)行掃測(cè)及探摸。接下來(lái)對(duì)本項(xiàng)目6#樁的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1 樁基海纜接入端三維圖像聲吶掃測(cè)情況

通過(guò)船載三維實(shí)時(shí)圖像聲吶系統(tǒng)掃測(cè)6#樁基海纜接入端情況，獲得6#樁基的海纜接入端聲吶圖像，如圖1所示。從圖1可以看出，J型管喇叭口距離泥面高度8.04 m，6#到5#海纜入泥端距離喇叭口的水平距離為13.59 m，6#到7#海纜入泥端距離喇叭口的水平距離為6.00 m。6#到5#海纜懸空段整體呈東西走向，海纜走向同J型管喇叭口的指向呈大角度。6#到7#海纜整體呈南北走向，海纜走向同J型管喇叭口的指向一致。

2.2 樁基海纜接入端潛水員探摸與檢測(cè)情況

通過(guò)潛水員手持高頻二維圖像聲吶系統(tǒng)掃測(cè)6#樁基海纜接入端情況，獲得6#樁基連接5#和7#樁基的海纜的J型管喇叭口、中心夾具及彎曲保護(hù)裝置的狀況的聲吶圖像，具體如圖2所示。

通過(guò)探測(cè)可知，從6#到5#，中心夾具在J型管中，未脫落;探摸至海纜入土端，未發(fā)現(xiàn)彎曲限制器;海纜無(wú)破損，海生物附著在海纜上。但是，6#到5#海纜接入端彎曲限制器缺失。從6#到7#，中心夾具在J型管中，未脫落;中心夾具同第一、二節(jié)彎曲限制器相連接，第二節(jié)彎曲限制器同第三節(jié)彎曲限制器間斷開(kāi)，斷開(kāi)距離約2.5 m;彎曲限制器長(zhǎng)度約5 m;海纜無(wú)破損;彎曲限制器上有海生物附著。但是，6#到7#海纜接入端存在彎曲限制器脫開(kāi)的問(wèn)題。

圖3是6#機(jī)組海纜接入端雙頻聲吶掃測(cè)圖。從圖中可知，6#到5#海纜在接入端同喇叭口朝向有較大夾角，6#到7#海纜位置正常。

2.3 建議

隨著ROV技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)可利用大中型ROV搭載二維或者三維圖像聲吶對(duì)樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端進(jìn)行檢測(cè)，減少潛水員的水下作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

從海纜接入端掃測(cè)情況可知，6#和5#接入端處海纜同喇叭口夾角較大，且彎曲限制器缺失;6#到7#接入端處海纜走向正常，但存在彎曲限制器斷開(kāi)的問(wèn)題。

對(duì)于6#到7#海纜彎曲角度過(guò)大，彎曲限制器缺失的情況，應(yīng)密切關(guān)注海纜的健康狀態(tài)，及時(shí)開(kāi)展海纜治理工作。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)三維實(shí)時(shí)圖像聲吶對(duì)樁基海纜接入端的水下?tīng)顟B(tài)進(jìn)行掃測(cè)，獲得高精度三維立體水深點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以分析海纜的走向、入泥角度等重要信息;通過(guò)潛水員手持高頻二維圖像聲吶對(duì)海纜接入端的J型管喇叭口及海纜保護(hù)裝置進(jìn)行檢測(cè)，獲得高分辨率的聲吶圖像，可以分析海纜與喇叭口的夾角及彎曲保護(hù)裝置的完好情況。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用證明，對(duì)樁基結(jié)構(gòu)及海纜接入端的檢測(cè)非常必要，通過(guò)檢測(cè)與探摸，可以讓海上風(fēng)電場(chǎng)的水下質(zhì)量可視化。這些檢測(cè)工作為海上風(fēng)電場(chǎng)水下工程質(zhì)量提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。

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