海底光缆路由设计影响因素

路由设计的工作精确程度随项目推进和资料的获取精度而增加。从大尺度宏观调整到小尺度局部微调，其根本目的是最大程度地规避或减少各类影响因素和危害，保证海缆安全施工和设计使用期限内的安全运行和维护。

项目规划阶段，路由设计工作主要为收集包括水文、地质和人为活动等大尺度数据，分析和规避其不良影响因素，为桌面研究和海缆通信系统设计确定基本方案。桌面研究阶段，通过实地踏勘、调研和文献研究等工作，进一步收集数据和提高精度，分析与规避相应尺度风险。研究如渔业、油气和采矿等人类活动、路由区用地用海与通行等规定，从而优化路由设计，为海上勘察方案提供依据。

海上勘察阶段，通过海上地球物理勘察、岩土勘察等手段对海缆路由区进行调查和检查，分析和规避相应风险（如不良岩土体、地质灾害和第三方水下设施等），对路由进行小范围微调，从而设计安全、可行的路由用于海缆制造和施工。

海缆制造、施工与维护阶段，根据海上勘察后所设计路由制造海缆、进行施工、保护和寻找打捞故障海缆、海缆维修铺设等工作。

⒈自然因素

气象与水动力条件、地质构造、地形地貌、地层岩性与物理参数、不良地质现象和海洋生物是海缆工程主要考虑的自然因素。

⑴气象与水动力条件

工区的温度、风浪、潮位和海流等是主要考虑内容。在寒冷的海域，海冰一方面会影响海缆勘察和铺设船舶的航行安全，使测线或海缆铺设偏离设计位置；另一方面，大型海冰对海底的磨蚀、近岸海冰由于海浪和海流向海岸的运动，都会损坏海缆。此外，近年来还发现了一种新的海缆破坏模式，大量细小冰晶附着于海缆导致其悬浮，从而增加破坏概率。在温度较高的海域，高温不仅影响水下设备散热，其海水蒸发量大和盐度高的特点增加了对水下设备的腐蚀。

风、浪、潮位和海流也影响着海缆勘察及施工作业的安全和可行性。大风与降水影响作业时间窗口、位于破浪带的海缆受强水动力驱动与海床频繁摩擦发生磨损、浅水的波浪压力导致水下麻坑和斜坡失稳从而破坏海缆、潮位变化导致作业船舶搁浅或影响海缆登陆工法、强海流影响海缆铺设精度和埋设程度。此外，较强的水动力条件会造成海岸侵蚀，导致海缆登陆井漏水或整体暴露于海水，从而破坏井内设备。

⑵地质构造

地质构造不仅影响地形，其次生灾害同样威胁海缆工程。断层周围通常伴生褶皱等构造，地形起伏，较为复杂。在这类区域，复杂地形伴随强水动力会增加海缆磨损概率；频发的地震次生灾害如滑坡、塌陷威胁海缆安全与埋设施工；火山喷发熔岩流不仅威胁登陆井和机房的安全，也可使海缆熔断破坏。

⑶地形地貌

浅水铺设的海缆通常需要埋设保护，地形平缓的区域有利于埋设犁的稳定操作，过大的坡度尤其是走向与埋设犁工作方向近似的侧坡，会导致埋设犁倾覆，破坏正在铺设的海缆。深水铺设的海缆通常是表面铺设，如海缆经过坡度变化较快或坡度较大区域，在海流和地形的影响下其磨损破坏概率增加。此外，地形复杂或坡度较大的区域通常也是次生灾害容易发生的区域。

⑷地层岩性与物理参数

海缆通常埋设在海床以下1～2m范围，在有特殊要求的区域或者国家可达10m。地层的岩性和岩土体物理力学参数决定海缆的埋设工法以及埋设深度。基岩海床无法采用埋设犁作业，通常表面铺设，但海缆受到自然及人为因素影响和破坏的概率较高，需考虑其它保护措施或水下岩石切割埋设；埋设犁在高含水率低承载力的软土区施工，因承载力不足导致下沉或倾覆，从而过度埋设，增加回收难度或破坏正在铺设的海缆。

⑸不良地质现象

水下斜坡失稳、麻坑和沙波等是影响海缆工程的主要不良地质现象，通常由地形、岩土体参数和水动力条件等因素控制。

水下斜坡失稳区域分为物源区、通道与堆积区。在物源区，海缆通常悬跨于塌陷部分发生疲劳破坏（如图2中A所示），或通过斜坡体下滑推力使海缆局部应力集中发生剪切破坏（如图2中B所示）。在通道，由于水下斜坡失稳为沉积物水下运动提供了物源和动力，大量的滑动和塌陷等扰动沉积物在水下形成碎屑流或浊流通道，使穿越这些通道的海缆因应力集中而发生剪切破坏或因悬跨而发生疲劳破坏（如图2中C所示）。在堆积区，海缆则可能因过度埋设而增加回收难度或无法回收（如图2中D所示）。

值得注意的是，在海浪与地震等作用力下，斜坡失稳可以发生在坡度小于0.5°的缓坡。其沉积物碎屑流或浊流的通道影响范围可达数十公里。

麻坑通常因浅层气的释放或波浪等动力引起的土体液化产生。麻坑周围坡度变化大，也会影响埋设犁作业的稳定性。

沙波常产生于水动力环境较强的区域，其起伏的坡度一方面通过影响埋设犁的牵引力、海缆残余张力等威胁海缆安全，另一方面也影响埋设深度。尤其在波长与埋设犁尺寸相近的区域，波谷处容易发生海缆悬跨。

⑹海洋生物

海洋生物也是一种常见自然因素。如珊瑚、海草等植物的存在可能由于管理部门的规定，不允许海缆通过或埋设，而且此类地区因地层岩性的原因，埋设难度较大。此外，海缆周围产生的电磁场会吸引鲨鱼等动物，使得海缆被撕咬破坏。

⒉人为因素

船舶活动、渔业活动、海洋工程以及海洋管理等人为活动是影响海缆施工和破坏海缆的主要因素。

⑴船舶活动

船舶锚害通过撞击和拖拽两种方式对其贯入深度范围内的海缆造成损害。船舶的锚害通常存在于近海，如港口范围内。

航道是船舶活动的另一个影响因素，特别是航运非常繁忙的海域。海缆勘察和施工速度相比正常航行船舶较慢，当工作于主航道时，对工程船舶和正常航行船舶安全有很大影响，也会减少海缆的埋设程度。位于航道疏浚区的海缆也会受到航道疏浚作业破坏。此外，与船舶活动有关的海底障碍物，如沉船等也会影响海缆的铺设。

⑵渔业活动

渔业活动是海缆破坏的主要因素之一。如图3所示，渔业活动主要威胁200m水深以内的海缆安全。渔业活动的威胁范围和程度因鱼类、渔具和打捞方式不同，具有地域差别，需针对具体地区做调查分析。渔业活动主要通过拖网破坏海缆，其影响深度可以到达海床以下几米范围。另外，在渔业活动频繁区域作业时，船舶及设备受到损害或丢失的概率、施工难度都相应增加。

⑶海洋工程

对路由影响较大的海底工程包括海底光缆、电缆及海上风电场、管道及油气开发设备、海底采砂和采矿等活动。路由穿越或靠近其它在用海缆，一方面要考虑施工和勘察操作是否影响已有海缆安全以及对被穿越海缆长期磨损的保护;另一方面要考虑海缆后期维护的相互影响。穿越废弃海缆还需考虑是否对其清除。海缆穿越海底管道同样要考虑勘察与施工对其安全影响和磨损、腐蚀的保护。

海底采矿会导致海缆悬跨或因撞击、拖拽被挖断。此外，路由在港口、护堤等海洋构筑物的登陆时，通常不能开挖埋设，海缆也无法通过常规方式进行保护，需考虑其它保护方式。

⑷海洋管理

海洋管理包括各类海洋边界，如海洋疆界、海洋保护区、旅游景区和禁区等。这些区域可能无法进入或需要满足更高要求进入。当海缆在旅游景区登陆时间与旅游旺季冲突，需要改变施工时间，这可能直接导致海缆登陆由快速便捷的直接登陆变为相对复杂的间接登陆。当路由穿越非登陆国家海域，可能会涉及到相对复杂的许可申请环节，影响项目整体进度和成本。

对于上述影响因素，大部分海缆路由可在合理范围内选线绕避，包括空间绕避和时间绕避。对于空间绕避，如火山、坡度较大的地形、不利于海缆埋设的地层、不良地质现象以及锚地等各类灾害可能的影响范围，都可根据不同阶段收集不同尺度的资料，采取不同程度绕避措施。如在桌面研究阶段收集基础地质与海洋资料绕避大尺度灾害，在勘察阶段根据详细勘察数据绕避小尺度灾害。对于时间的绕避，如海缆登陆工期与旅游旺季重合，可以避开旅游旺季提前或推后施工登陆部分，使用

间接登陆工法，而后与主施工部分连接。如果海缆路由无法绕避上述影响因素，可选择最短距离通过受影响区域，最大程度减少海缆受到威胁的部分，如垂直等深线穿越陡坡。

当海缆或与管道发生交越、通过海缆管道密集区域，应遵循行业相关标准，保证其它设施的安全和减小维护难度。如海缆间交越角度不应小于45°或60°，交越点与海缆水下设备应至少保持2倍水深以上距离等。

⒉埋设工法及埋设深度

对于有特殊要求的区域、锚害严重的区域、渔业活动频繁的区域，应分析主要危害活动影响范围，增加埋设深度，使海缆埋设在主要危害活动影响深度范围以下，从而保护海缆。

基岩海床可采用水下岩石切割设备，但此法对海况要求高，且工期较长；松散的砂质海床可通过高压水枪与埋设犁联合作业达到较大的埋设深度；基岩上覆松散沉积物的海床，可以采用高压水枪与岩石切割联合作业工法将海缆埋设到一定深度的基岩内。

⒊海缆规格及余量

对于浅水区无法埋设的海域，如基岩海底、海洋保护生物分布区、水动力强且地形起伏大的区域，可增加海缆铠装抵抗磨损，如采用双层铠装缆（DA）或岩石铠装缆（RA）等高铠装级别海缆。对于深水区表面铺设的轻质海缆，在可能受到生物撕咬或者地形起伏大、海缆磨损强的区域，可采用增加保护层和屏蔽层的轻型铠装缆（LWP）。

对于地形起伏大、变化快，或珊瑚、海草生长的区域，还可适当增加海缆的余量，使其适应地形变化，避免悬空和内部张力过大。

⒋增加保护措施

海底管道穿越或铠装海缆穿越非铠装海缆，可采用合成材料保护、混凝土堆料方式保护管道或海缆。穿越近岸构筑物、保护区或海冰等区域，可通过水平定向钻进将海缆深埋，以起到保护作用。铺设在近岸和破浪带部分的海缆，可采用铰接管等材料抵抗磨损。在无法避免锚害、渔业等风险的区域，还可在海缆路由范围内设置海缆保护区。

⒌路由设计原则

路由设计的目的是尽可能降低海缆工程各阶段遇到的潜在风险。因此，优先考虑合理范围内的线路绕避，若风险无法避免则应采用埋设、缆型、海缆余量和额外保护材料等方式提供保护。

此外，海底光缆在水下长时间存在和运行，其受到的各方面影响都是动态变化的。所以对于各影响因素地分析不应仅局限于静态分析，还应站在历史和动态的角度上预测该区域在使用期内可能产生的变化和影响，如板块活动地区的陡坡和海域未来的规划等，从而采用适当方法绕避或减少变化带来的危害。

从路由的项目规划阶段、桌面研究阶段到勘察阶段，上述资料在不断深入和逐步细化。掌握路由区的影响因素，分析各因素对路由安全、施工与维护可行性的影响方式和程度，提出相应的应对措施，设计可以指导海缆施工、有效保护海缆安全、降低维护难度、经济可行的路由是海缆工程路由规划工作的主要考虑内容。