一种浅水冲埋施工方法及浅水冲埋系统与流程

本技术涉及海底电缆冲埋施工，尤其是涉及一种浅水冲埋施工方法及系统。

背景技术：

1、在海底电缆敷设作业中，已敷设海缆通常需要进一步埋入海床以防止渔具拖挂、锚害与海床冲刷。海缆冲埋作业要求将海缆以预定埋深沿原始敷设路由稳定埋入海床，并兼顾水下作业人员安全、设备的横流抵抗能力以及海床条件适应性。

2、现有的海缆冲埋作业大致由两类设备承担，一类是依靠履带或链锚推进的重型水下挖沟机，另一类是依靠水下推进器的轻型悬浮式冲埋设备。前者在承载力低至5kpa量级的极软海床上履带会下陷打滑而无法稳定走形，后者在海流速度可达2.0m/s量级的强横流环境下因迎流面积大且无路由锁定机构而侧滑漂离海缆路由，进而需要由潜水员在水下实时对位与辅助走形，而浅水区潜水员作业窗口短、风险高，并且与已敷设海缆近距离作业进一步加剧风险。两类设备共同面临的根本困难是，在极软海床与强横流叠加的浅水工况下，既要使作业设备本身不下陷、不漂偏、不依赖水下动力，又要使海缆沿原路由精准埋入预定埋深，并且全程不依赖潜水员，现有方案无法同时满足上述耦合约束。因此，本领域中一直期望能够提出一种适用于极软海床及强流环境的无潜水员浅水冲埋施工方法。

技术实现思路

1、为了在浅水工况下使作业设备本身不下陷、不漂偏、不依赖水下动力，又使海缆沿原路由精准埋入预定埋深，并且全程不依赖潜水员，本技术提供一种浅水冲埋施工方法及相应的浅水冲埋系统。

2、第一方面，本技术提供的一种浅水冲埋施工方法，采用如下的技术方案：

3、一种浅水冲埋施工方法，应用于对已敷设海缆进行后埋设，包括以下步骤：

4、s1.将冲埋橇沿已敷设海缆所在的海缆路由吊放至海床，使冲埋橇底部设置的导向槽骑跨于已敷设海缆上，冲埋橇底部还设有滑橇底座；

5、s2.通过水泵驳船经供水软管向冲埋橇底部的高压水流化机构供水，对冲埋橇下方的海床软泥执行流化，流化形成流化层，冲埋橇基于滑橇底座在流化层上获得悬浮支撑；

6、s3.启动绞车并通过牵引钢丝绳沿海缆路由对冲埋橇施加牵引力，使冲埋橇沿海缆路由滑行，在冲埋橇滑行通过后，已敷设海缆经流化层下沉至导向槽底部对应的预设埋深位置并被覆盖。

7、通过采用上述技术方案，将设备的水下功能职责拆分为流化、悬浮与牵引三段串联协同：水泵驳船在水面提供高压水驱动流化作为唯一动力源，使冲埋橇本身无需搭载水下推进器；滑橇底座的宽接触面在流化形成的悬浮层上承担抗下陷支撑，使冲埋橇在软质海床上不再下陷；导向槽在底部锁定海缆形成横流抵抗的几何约束，使冲埋橇在强横流下不再侧滑漂离路由；岸基或浅水驳船绞车通过钢丝绳提供单一外部牵引力源，将冲埋橇推进职责从水下完全剥离至水面。上述四个动作的协同使整个施工过程不依赖任何水下动力源与潜水员介入，海缆经流化层后被动沉至导向槽底部对应高度即满足预设埋深，构成完整的无潜水员浅水冲埋技术路径。

8、可选的，s2与s3在海缆路由的每一施工段内协调划分为依次包含的预流化阶段、流化-牵引同步阶段、等速埋设阶段与终段保留流化阶段，施工段为海缆路由上的一段连续施工区间；预流化阶段中仅启动水泵驳船供水形成流化层；流化-牵引同步阶段中水泵驳船与绞车协同启动；等速埋设阶段中冲埋橇匀速滑行使已敷设海缆持续下沉至预设埋深位置；终段保留流化阶段中绞车停止施加牵引力但水泵驳船保持供水；各阶段之间按预设切换条件依次切换。

9、通过采用上述技术方案，将单一施工段拆分为预流化、流化-牵引同步、等速埋设、终段保留流化四个具有明确切换条件的时序阶段，使流化与牵引动作在时间维度上解耦协同，避免流化未充分时即开始牵引而导致冲埋橇下陷或牵引中止时海缆未沉至预设埋深的工况。

10、可选的，s2与s3的执行过程中，对水泵驳船的水泵压力与绞车对冲埋橇施加的牵引速度执行多变量闭环施工控制，多变量闭环施工控制以牵引钢丝绳的张力、冲埋橇的橇体姿态以及水泵驳船的供水流量作为反馈量，按预设响应规则对水泵压力与牵引速度执行联动调节。

11、通过采用上述技术方案，以张力、姿态、流量三个分布于水面与水下不同物理域的反馈量驱动水泵压力与牵引速度的联动调节，使流化-阻力-张力耦合系统在动态泥质与流速下保持施工稳态。

12、可选的，绞车包括沿海缆路由前后对置布置的前绞车与后绞车，牵引力由前绞车与后绞车的张力差分关系形成；s3的执行过程中，响应于多变量闭环施工控制监测到的橇体姿态发生超出预设公差带的横向偏移，调整前绞车与后绞车之间的张力差分关系，使冲埋橇的航向回归海缆路由的预设公差带。

13、通过采用上述技术方案，通过前后双绞车的张力差分形成可控的横向纠偏分量，使强横流下冲埋橇的侧滑趋势被实时反向补偿，将航向控制从依赖水下推进或潜水员手工对位转移到水面绞车的张力管理。

14、可选的，s3的执行过程中，响应于多变量闭环施工控制监测到异常信号，执行应急回退与再流化重启操作；应急回退与再流化重启操作依次包括：通过绞车使冲埋橇沿海缆路由执行反向回退，其中反向回退的距离使导向槽与已敷设海缆始终保持骑跨关系；对冲埋橇当前所在位置的海床软泥执行再流化；以及恢复正向施加牵引力；另外，响应于应急回退与再流化重启操作的连续执行次数达到预设重试次数后异常信号仍存在，中止当前施工。

15、通过采用上述技术方案，在卡死或流量异常等异常工况下提供反向回退、再流化与重启的有限循环自救机制，且回退距离受导向槽与海缆的骑跨关系约束，使应急动作不脱骑跨。

16、可选的，s1之前还沿海缆路由执行路由预扫描，并按路由预扫描的扫描结果将海缆路由划分为多个连续的施工段以及生成各施工段对应的施工参数初值表；s2与s3在每一施工段内的执行还包括对冲埋橇执行试推，试推以小于施工参数初值表中对应初值的预设试推速度进行，根据试推过程中牵引钢丝绳的张力变化对施工参数初值表中对应初值执行参数修正，并以修正后的参数完成施工段的剩余施工。

17、通过采用上述技术方案，通过施工前的路由扫描为闭环控制提供按段差异化的参数初值，再以低速试推的张力反馈对初值做就地修正，使施工参数能够适应同一路由不同段之间的泥质与流速差异。

18、可选的，s1包括子步骤s11-s13。

19、s11.按海缆路由的预存坐标信息通过吊索将冲埋橇吊放至海缆路由对应位置的海面上方，完成粗对位。

20、s12.控制吊索下沉冲埋橇至海床，根据吊索的张力变化确定导向槽接触已敷设海缆，完成缓沉对位。

21、s13.通过水泵驳船以试探供水流量向高压水流化机构供水，根据冲埋橇相对于海缆路由的位置响应确定已敷设海缆已完全位于导向槽内部，完成精对位。

22、通过采用上述技术方案，以坐标、张力、流量三种判据将骑跨对位拆为粗对位、缓沉对位、精对位三阶段，复用现有钢丝绳张力传感与主水泵能力作为对位判据，无需新增水下视觉或声学定位机构即完成浑水浅水区的骑跨对位。

23、可选的，s3还包括冲埋橇到达海缆路由的预设终点位置后执行的回收操作，回收操作依次包括：停止绞车的牵引力并保持水泵驳船持续供水使已敷设海缆充分沉至预设埋深位置；停止水泵驳船的供水使流化层重新固结；通过绞车反向施加牵引力使冲埋橇沿海缆路由执行反向回退至导向槽脱离与已敷设海缆的骑跨关系；回收冲埋橇。

24、通过采用上述技术方案，在已敷设海缆的骑跨式工况下提供终段沉降、流化层重新固结与反向松脱的特化回收序列，使冲埋橇可在不切断海缆的前提下整体撤出。

25、可选的，导向槽的槽宽大于已敷设海缆的外径，且导向槽的槽宽与已敷设海缆的外径之差小于预设限位间隙阈值。

26、通过采用上述技术方案，使导向槽对已敷设海缆形成的侧向限位由槽宽与海缆外径之间的几何关系直接支撑，限位功能不再仅依赖结构性描述。

27、第二方面，本技术提供的一种浅水冲埋系统，采用如下的技术方案：

28、一种浅水冲埋系统，包括：

29、冲埋橇，冲埋橇底部设置有用于在冲埋橇骑跨于已敷设海缆上时对已敷设海缆做侧向限位的导向槽、位于导向槽两侧的滑橇底座以及高压水流化机构。

30、水泵驳船，水泵驳船的水泵出口通过供水软管连接至高压水流化机构的供水端，水泵驳船被配置成向高压水流化机构提供高压水以对冲埋橇下方的海床软泥执行流化形成流化层，冲埋橇基于滑橇底座在流化层上获得悬浮支撑。

31、绞车，经牵引钢丝绳连接至冲埋橇，绞车被配置成沿已敷设海缆所在的海缆路由对冲埋橇施加牵引力使冲埋橇沿海缆路由滑行，已敷设海缆在冲埋橇滑行通过后经流化层下沉至导向槽底部对应的预设埋深位置。

32、传感器，被配置成对浅水冲埋系统的运行参数进行监测以提供反馈量。

33、控制器，与水泵驳船、绞车以及传感器通信连接，控制器被配置成按反馈量调节水泵驳船的水泵压力以及绞车对冲埋橇施加的牵引速度。

34、通过采用上述技术方案，将海缆冲埋系统的水下作业体与水面动力源以及控制中枢解耦，其中冲埋橇仅承担流化、悬浮与限位职责，水泵驳船与绞车在水面集中提供动力，控制器在水面通过传感器闭环管理水下作业状态，使整个系统满足无水下推进器、无潜水员、单一水下作业体的紧凑配置，在软质海床与强横流的浅水工况下仍能完成已敷设海缆的精准埋设。

35、可选的，绞车包括沿海缆路由前后对置布置的前绞车与后绞车；浅水冲埋系统的传感器包括张力传感器、姿态传感器与流量传感器，张力传感器设置于牵引钢丝绳的至少一端以监测牵引钢丝绳的张力，姿态传感器设置于冲埋橇上以监测冲埋橇的橇体姿态，流量传感器设置于供水软管的至少一端以监测水泵驳船向高压水流化机构的供水流量；牵引钢丝绳的张力、橇体姿态以及水泵驳船的供水流量作为反馈量；控制器被进一步配置成按反馈量与预设响应规则对水泵压力与牵引速度执行联动调节。

36、通过采用上述技术方案，将系统侧的双绞车结构、三组传感器布置与控制器闭环逻辑作为一组对应映射，使整个系统的预设控制策略获得明确的反馈量、调节量与相关性结构支撑。

37、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

38、1、在软质海床与强横流叠加的浅水工况下，通过滑橇底座、导向槽、高压水流化机构与水面绞车牵引的协同分工，使冲埋作业体不依赖水下推进器与潜水员即可完成已敷设海缆沿原路由埋入预设埋深的后埋设。

39、2、通过四阶段时序协调、多变量闭环施工控制、双绞车差速横流补偿、应急回退与再流化重启、路由预扫描与分段试推参数修正、三阶段骑跨对位以及终段沉降与反向松脱回收等控制策略的分层叠加，使施工过程对动态泥质、动态流速、卡死异常以及已敷设海缆的弯曲走向均具备适应能力。

40、3、通过导向槽的槽宽与已敷设海缆外径之间的几何关系限定，使导向槽对已敷设海缆的侧向限位由结构尺寸直接支撑，从根本上避免在强横流下海缆从槽内跳出的风险。