本發(fā)明涉及海底電纜鋪設
技術領域：
，特別涉及應對錨害的海底電纜埋深要求的設計方法。
背景技術：
：海底電纜的鋪設是一種常用的電纜鋪設形式，在現(xiàn)有的海底電纜鋪設作業(yè)中，海底電纜均沿著海上航道鋪設。使用這種在現(xiàn)有的海上航道上鋪設的方法，能夠大大的減少前期海底勘測的成本，并且能在鋪設作業(yè)中，能夠利用航道進行材料的運輸，有利于加快施工速度。但是，現(xiàn)有的這種方法也存在隱患，由于海底電纜鋪設在海上航道的下面，如果海面上航行的船只停泊拋錨，船錨在插入海底泥層的過程中，就會發(fā)生損壞海底電纜的危害。因此，在海底電纜設計階段急需一種專門的設計方法，對海底電纜的埋深進行設計，以消除船舶停泊拋錨對海底電纜可能產(chǎn)生的危害。技術實現(xiàn)要素：有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明提供應對錨害的海底電纜埋深要求的設計方法，實現(xiàn)的目的之一是克服現(xiàn)有技術中的缺陷，消除船舶停泊拋錨對海底電纜可能產(chǎn)生的危害。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了應對錨害的海底電纜埋深要求的設計方法，步驟如下：a、根據(jù)海底電纜埋設海域的情況，以及泊船噸位數(shù)確定船錨的錨型和參數(shù)；b、根據(jù)海底電纜埋設海域的情況，以及船錨的錨型和參數(shù)，計算船錨接觸水面時的速度v1，公式如下：其中：m為錨質量；g為重力加速度；v1為錨剛接觸水面時的速度；d1為錨拋出點在空氣中下降到水面的高度；c、計算船錨接觸海底表層時的速度v2，公式如下：其中：v1為錨剛接觸水面時的速度；v2為錨剛接觸海底時速度；d2為水深；t為該段運動過程中運動的時間，可通過下面方法進行求解計算：k可通過一下公式計算：其中：mg為錨在水中收到的重力；fb為錨在水中收到的浮力；k＝6πηr；其中：π是圓周率；η為水的黏滯系數(shù)；r為船錨的球體等效半徑；d、計算錨貫穿海底表層至固定不動的入土深度，公式如下：其中：d3為船錨垂直入海底土層的貫穿量；τ為土壤抗剪強度；可根據(jù)海底土層勘測后計算獲得；h'為土壤中錨的高度，若高度大于錨高(h+h1)則取值為(h+h1)，h、h1值則根據(jù)船錨確定，其中h為錨爪長、h1為錨底高；a為錨底部周長；v2為錨剛接觸海底時速度；m為錨質量；根據(jù)上述計算結果，確定船錨入土深度；e、根據(jù)海底土層勘測確定拋錨土層是否為硬質土層，若否，則直接執(zhí)行下一步驟，若是，則需要在上一步驟確認的所述船錨入土深度上在增加錨爪向下的抓底長度hd1，公式如下：hd1＝hsinα；其中：h為錨爪長；α為船錨的錨爪翻轉角度；f、計算沖淤影響而增加的深埋裕度；g、獲得海底電纜深埋的設計值。優(yōu)選的，在步驟d中，當海底土層分層比較嚴重，土壤抗剪強度τ隨著深度的增加而變化時，需要分層計算，步驟如下：a)根據(jù)海底土層勘測后的結果，將土壤抗剪強度不同的底土劃分成若干層土層；b)根據(jù)每一層所述土層不同的土壤抗剪強度，自上向下逐一計算所述船錨穿透每一層土層表面至靜止的穿透量；當穿透量大于相應所述土層厚度時，需要計算所述船錨在到達相應所述土層底部的速度，并用所述速度計算所述船錨穿透下一層所述土層表面至靜止的所述穿透量，直至所述穿透量小于相應所述土層的厚度；c)將所述穿透量加上之前所有所述土層的厚度總和獲得船錨垂直入海底土層的貫穿量d3。優(yōu)選的，在步驟d中，海底各層土質及厚度通過勘探獲得，并將船錨簡化視為樁模型，根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范(jgj94-2008)》，模型中抗剪強度值等效為混凝土預制樁極限側阻力標準值qsik，不同土質的值見表1-3不同土質極限側阻力標準值qsik。表1-3不同土質極限側阻力標準值qsik土的名稱極限側阻力標準值qsik(kpa)淤泥14～20淤泥質土22～30礫砂70～110中砂54～74粗砂74～95黏性土40～55本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明從船錨運動分析、錨爪抓土形式、海床演變沖淤影響三個方面進行綜合考慮，全面考慮船舶拋錨時船錨可能產(chǎn)生的危害，運用本發(fā)明中設計方法對海底電纜的鋪設進行設計后，能夠有效克服現(xiàn)有技術中的缺陷，消除船舶停泊拋錨對海底電纜可能產(chǎn)生的危害。以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。附圖說明圖1示出的是本發(fā)明一實施例的流程圖。圖2示出的是本發(fā)明一實施例中路由鉆孔剖面圖。具體實施方式實施例以國網(wǎng)輸變電設計競賽忠田至湄洲110kv線路工程為例，平均水溫20℃，根據(jù)勘查情況，海域最大水深＝14.7m，該段內(nèi)地層主要是全新世的海積層、沖洪積沉積層、殘積層和全風化花崗巖層。根據(jù)勘探所得海底剖面圖地質進行計算分析。海纜路由區(qū)穿過文甲支航道，經(jīng)咨詢航道管理者(福建省湄洲灣港口管理局)，建議至少按照滿足通航3000噸級船舶水深要求敷設海底電纜，根據(jù)調研和相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，3000噸級船舶采用霍爾錨，錨重約2.5t左右。采用如圖1所示的，應對錨害的海底電纜埋深要求的設計方法，步驟如下：步驟a、根據(jù)海底電纜埋設海域的情況，以及泊船噸位數(shù)確定船錨的錨型和參數(shù)；根據(jù)表1-1水粘滯系數(shù)隨溫度變化數(shù)據(jù)，以及表1-2霍爾錨尺度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，查得2640kg重的霍爾錨錨爪長度為1.221m，由錨冠底部到錨爪頂端的長度是1.489m。錨爪轉動的角度為42°。本工程水域最大水深14.7m，計算時取15m。為了簡化計算模型，將船錨簡化為六面體，底面長寬同錨寬最大尺寸，高度同錨爪同高。表1-1水粘滯系數(shù)隨溫度變化數(shù)據(jù)溫度/(℃)η/(pa.s)溫度/(℃)η/(pa.s)01.783x10-3400.653x10-3101.307x10-3600.466x10-3201.002x10-3800.357x10-3300.798x10-31000.282x10-3表1-2霍爾錨尺度(mm)因此，本例中h1＝380mm，l＝1741mm，h＝1221mm，b1＝801mm，m＝2640kg，d2＝15m，d1＝5m，ρ錨＝7895kg/m3，ρ水＝1025kg/m3，η＝1.002x10-3pa.s。步驟b、根據(jù)海底電纜埋設海域的情況，以及船錨的錨型和參數(shù)，計算船錨接觸水面時的速度v1，a＝5084mm；經(jīng)計算得到v1＝9.9m/s；c、計算船錨接觸海底表層時的速度v2，v2＝15.0m/s。d、計算錨貫穿海底表層至固定不動的入土深度；設計過程中往往海底各層土質及厚度可通過勘探獲得，可將模型簡化視為樁模型，根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范(jgj94-2008)》，模型中抗剪強度值等效為混凝土預制樁極限側阻力標準值qsik，不同土質的值見表1-3：表1-3不同土質極限側阻力標準值qsik土的名稱極限側阻力標準值qsik淤泥14～20淤泥質土22～30礫砂70～110中砂54～74粗砂74～95黏性土40～55粉土46～66粉細砂48～66據(jù)勘查報告中巖土層工程地質特征，根據(jù)附圖2所示的路由鉆孔剖面圖，航道及水深處主要位于zk3區(qū)域，水深處主要土質最上層為淤泥約0.6m，下一層粘土約1.6m，下一層為淤泥質土，約6.4m。計算時土質極限側阻力取均值，如淤泥取17kpa，粘土取47kpa，淤泥厚d1＝0.6m，粘土厚d2＝1.6m，先假設僅進入淤泥層，則d′1＝2.81m＞d1，所以貫穿進入粘土層；假設錨進入粘土距離為d’2，則：因此船錨垂直入海底土層的貫穿量d3＝1.0+0.6＝1.6m；e、在計算時采用水深最深處，且該處海底土壤條件較差，錨更容易進入土壤更深處，因此計算結果較為保守，錨進入土壤貫穿量計算值偏大，加上數(shù)學模型忽略一些影響因素，因此按照計算結果設計海纜埋深能夠確保安全性。硬泥底中，拋錨入土深度為錨爪向下抓底的長度，2.64t重的霍爾錨錨爪長度為1.221m?？紤]到錨入土最深的情況，即錨有一定海床貫穿量并且錨爪向下抓底，可得大型船舶拋錨(錨重3.0t)可能的入土深度，計算公式如下：拋錨入土深度＝觸底海床貫穿量+錨爪長度＝1.6+1.221sin42°＝2.4m。f、計算沖淤影響而增加的深埋裕度；最后收集海床演變相關資料，海纜敷設時需要考慮充淤影響，此處取0.6m，即海纜多埋深0.6m。g、獲得海底電纜深埋的設計值，計算得到最終海纜埋深為3.0m。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本
技術領域：
中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。當前第1頁12