陕京三线输气管道工程线路方案优化概论

王毓民 王棠昱 李 岳 李 江 周裕鑫

中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610041

0 前言

陕西—北京输气管道三线 （以下简称陕京三线）是我国输气管道干线的重要组成部分，与陕京一、二线构成一个输气系统，气源为长庆气区、塔里木气区及中亚天然气，以首都北京为主供目标，兼顾华北地区、环渤海湾主要用户，通过永清—秦皇岛—沈阳输气管道，将供气市场延伸至辽宁；通过安平—南京输气管道与西气东输一线联网，将供气市场延伸至山东、江苏及长江三角洲，建设意义重大。 该工程的建设原则：充分利用西气东输二线对管道并行敷设技术研究取得的成果［1］，尽可能利用陕京二线并行敷设，合建部分站场、阀室以便于管理，充分利用陕京二线建设成果［2］，缩短建设周期，节省投资。 因此，设计各阶段对陕京三线（一期）线路方案进行优化。

1 工程概况

陕京三线西起陕西省榆林市长庆气区榆林首站，向东止于北京市昌平区西沙屯末站。线路总长约991.6 km，分三期建设。 一期：榆林首站—永清分输站，线路长约820 km；二期：永清分输站—良乡分输站，线路长约85.6 km；三期：良乡分输站—西山屯末站，线路长约86 km。线路走向方案示意见图1。

图1 陕京三线、 二线、 一线线路走向方案示意图

设计管径1 016 mm，采用L 485（X70）钢材，设计压力10 MPa，设计年输气量150×108m3，管内壁采用减阻内涂层，全线设置各类输气站场10 座，其中合建站7 座；线路截断阀室49 座，其中合建18 座，同沟敷设通信光缆，管道采用三层PE 外防腐层，设置8 座阴极保护站［3］。

陕京三线可行性研究由中国石油规划总院拿总完成， 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司（以下简称CPE 西南分公司）参与，初步设计和施工图设计由CPE 西南分公司拿总完成，中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司参与河北省安平县之后线路。一期施工单位分别为中国石油天然气管道局、长庆油田公司建设工程公司。 2010 年底完成一期线路工程试运行，是工程建设周期较短的项目。

2 线路方案优化要点

陕京三线（一期）从西至东线路宏观走向地貌单元为：西段为毛乌素沙漠南缘，晋西黄土高原吕梁山地；中段为忻定盆地，太行山地；东段为华北平原。 管道在确定线路大方案的基础上，其走向应根据地形、工程地质、沿线主要进/供气点的地理位置以及交通运输、 动力等条件，经多方对比后确定［4］，穿越有防洪要求的重要河段，应根据防洪评价报告，选定穿越位置和穿越方案［5］。通过线路设计各阶段不断优化，与陕京二线形成了榆林—静乐段管道走向基本分离敷设；静乐—井陉段管道走向并行为主，局部分离；井陉—永清管道走向基本并行［6］的总体线路方案格局。

2.1 榆林—静乐线路优化

榆林—静乐的线路优化主要分为北线和南线方案比较，见图2。

图2 榆林—静乐线路北线、 南线方案走向示意图

2.1.1 北线方案

北线方案基本沿陕京二线并行。 线路经过神木县，穿越秃尾河和窟野河至黄河， 翻越吕梁山地困难段，局部微调，因与兴县城市规划矛盾突出，远离陕京二线向东南经康宁折向东，沿南川河支流河谷，经石人山，白龙山隧道进入岚县岚河上游支流河谷，绕过岚县普明工业园，穿越岚河经步六社，穿越汾河，避开静乐县城，进入东碾河谷三里店，线路长约296 km。

2.1.2 南线方案

南线方案首尾两段与北线方案共线，线路从榆林市东北侧折向东南，沿佳县河谷进入佳县，经通镇北折向东沿黄土梁经张家坡、高家集下云石峁，以隧道方式穿越黄河临县第八堡北绝岭，沿黄土梁、大河沟上游段至临县开化镇以隧道方式穿越大度山，顺湫河河谷逆流而上，至兴县和方山县交界处，以隧道方式穿越黑茶山支脉，绕过岚县普明工业园后与北线方案相同，线路长约290 km。

2.1.3 方案比较及推荐意见

由表1 可知： 南线较北线方案线路总长度短6 km，困难段长度少25 km， 通过黄土冲沟梁峁地貌少39 km，无公路段较少，河流大型穿越（秃尾河、窟野河）少2 处，穿越山陵隧道长度少1 100 m，投资估算少12 000 万元，故推荐南线方案。

表1 南、北线路方案比较

2.2 静乐—井陉线路优化

本段线路地处吕梁山地东云中山段， 忻定盆地，太行山地及东西两侧山梁和沟谷，根据与陕京二线线路路由的关系，将此段线路分为静乐县康家会—忻府区牛尾庄段、盂县寺家坪—下榆林铺段和盂县又道沟村—井陉北防口冶河穿越段三段线路方案进行优化。

2.2.1 静乐县康家会—忻府区牛尾庄段

此段线路考虑北线和南线方案，北线方案：因五里沟狭窄曲折，各类线缆伴路而行，与陕京二线并行敷设已不可行；若从康家会继续沿东碾河谷及其支流逆流而上， 顺石川沟隧道穿越云中山自然保护区后至宋家庄，环评不允许通过，因此放弃北线方案。

南线方案从新开岭村起， 折向东南侧方向敷设，分为南线的北侧方案和南侧方案进行局部比选，即从济道岭梁与呜琴沟交汇处，至七岭河谷安家庄之间局部方案比较。 北侧线路方案：沿济道岭山梁敷设至安家庄东侧约1.3 km 处进入七岭河谷。 南侧线路方案：沿呜琴沟敷设，翻越山梁进入石代沟，在安家庄隧道穿越山体后，至安家庄七岭河谷与北侧方案闭合。 见图3。

图3 陕京二线、 三线线路方案及云中山自然保护区平面示意图

由表2 可知： 南线方案南侧较北侧线路长约2 km，需修建山体隧道，工期长，投资多3 000 万元以上。 南线方案北侧线路，虽通过狭窄石质山脊、高陡坡坎，需新修施工道路较长，是施工困难地段，但线路短，投资省，作为推荐线路方案。

表2 南线北侧、南侧方案比较

2.2.2 盂县寺家坪—下榆林铺段

本段线路有北线和南线方案比选，走向见图4。

图4 盂县寺家坪—下榆林铺线路方案平面示意图

南线方案：与陕京二线并行，从寺家坪起经北庄、路家峪绕过西小坪，经大敖子坡、柴中村、土塔、刘家坡至下榆林铺，线路长34.5 km。 该方案地形条件好，交通便利，但与陕京二线安全间距矛盾突出，且局部与S 314 省道、盂县林场也存在矛盾，技术不可行。

北线方案：线路从寺家坪起经东沟，翻越山体，至盂县国营林场，经上王村、东沟山体隧道至刘家掌、南庄，避开盂县长池工业园，经白龙庙、上罗村、盂北村、沟西至下榆林铺，管线长36 km，此方案线路起伏大，需建设长约650 m 的东沟山隧道， 道路依托条件差， 施工较困难，线路较长，但技术可行，故作为推荐方案。

2.2.3 又道沟村—北防口冶河穿越段

该段为翻越太行山地及丘陵地带，是陕京三线困难段之一。 北线和南线方案走向见图5。

图5 又道沟—冶河穿越翻越太行山线路方案示意图

南线方案：与陕京二线并行，从又道沟进入，以1 840 m大梁隧道穿越太行山主脉，经城西沟、冀南沟、王峪沟沿小作河谷至北防口冶河穿越，线路顺直且只有36 km。 该段冲沟段狭窄曲折且多为石方段，与陕京二线并行或靠近敷设不具备条件；小作河谷地带虽然开阔但建筑物如石料厂、堆煤场较多，且拟建石太高速公路二线，与陕京二线并行敷设十分困难。

北线方案：从又道沟北侧山沟进入连续穿越太行山2 处隧道（又道沟隧道、南岭沟隧道），翻越白土岭村前后2 处山梁，进入太行山东侧河谷地带，经路家庄、米汤崖、胡仁、出六里、赵庄岭、康庄沿小作河支流河谷至北防口冶河穿越，较陕京二线略长，且需经过狭窄弯曲的冲沟并翻越山梁，但线路方案技术可行。

3 线路优化成果

通过对线路的优化，取得了以下成果：

a） 一期工程线路长约820 km， 通过设计各阶段优化，缩短长度10 km，节省了大量钢材和投资。

b）较好地选择了主要河流、山岭大型穿越的位置和通过方式，见表3～4。

表3 河流大型穿越一览表

表4 穿越山岭隧道一览表

c） 线路避开了陕西省榆林市神府优质煤矿区和山西省山浪煤田和相关煤矿采空区。 不仅避免了巨大的经济赔偿损失，而且提高了管道长期运行安全度。

d） 加大环境保护设计力度， 根据国家环保评估报告，较合理地解决了以下矛盾：

●陕京二线穿越榆溪河定向钻穿越管段为该市一级水源地保护，陕京三线不允许并行通过，采取向上游侧绕行通过；

●陕京二线穿越滹沱河为石家庄地下水源保护区，不允许陕京三线并行敷设通过， 因此陕京三线调整位置，修改为上游侧绕行通过；

●山西省忻州市和静乐县交界处为云中山国家级自然保护区，环评不允许通过，线路在其南侧绕行通过；

●为保护国家有限的森林资源， 本工程线路分别以大度山隧道、黑茶山隧道、东沟山隧道通过山西省临县紫金山林场、兴县和方山县交界处的东山林场、盂县东沟山林场，避免了林区破坏。

e）线路优化较好地解决了以下外部关系：

●在陕西省佳县佳芦河谷地带与中国石化建设中的陕西—山东天然气管道并行41 km，交叉20 次；

●与拟建和规划建设中的佳县—榆林高速公路、石家庄—太原高速公路二线，调整线路方案，保持足够间距；

●在山西省岚县，绕避普明工业园；在盂县绕避了城北长池工业园；

●在阳曲避开军事区。

f） 线路优化选择了宽阔、平坦河谷地貌，通过佳芦河谷、湫河河谷、岚河及其支流河谷、汾河河谷、东碾河谷、牧马河（七岭河）等有利地形，有公路依托，施工方便，工期缩短，造价降低。

g）在佳县、临县地段，为黄土梁峁沟壑困难地段，地质灾害如黄土滑坡、崩塌、泥石流、黄土湿陷及潜蚀等较多，线路优先选择了走梁不走沟方案，避开了大中型冲沟和高陡边坡，避免地表水作用产生各类地质灾害对管道安全运行带来的安全隐患，同时降低了施工难度。

h）充分运用陕京二线、 三线地震安全评价成果，线路避开了杨家岭—思西，系舟山北麓、西麓和盂县全新世活动断裂带，并且对靠近系舟山西麓活动断裂受其影响的晚更新世活动断裂带相交管段采取了抗震措施。

4 结论

陕京三线输气管道工程（一期）线路与陕京二线并行敷设长度460 km， 参照国内外并行敷设管道关键技术研究成果，结合本工程不同地形地貌和工程地质条件，在设计中制定了具体的安全间距和保护措施及详尽施工要求，保护了陕京二线安全运行，妥善地处理好相互关系，为我国输气管道工程并行建设提供经验。

通过对线路的优化调整，为国家节省了建设投资和外部经济赔偿10 亿元以上，充分利用陕京二线已建站场和阀室，提高了陕京管道输气系统事故工况的安全性和长期运行的经济性，每年节省运行费用近亿元。 工程自建成试运行以来，运行良好，线路系统优化得到了运营单位的好评。

［1］ 向 波.并行管道安全间距及保护措施研究［J］. 天然气与石油，2009，27（3）：1-4.Xiang Bo.Study on Spacing and Protection Measure for Parallel Pipelines ［J］. Nature Gas and Oil,2009,27（3）：1-4

［2］ 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司. 陕京二线输气管道工程初步设计［R］. 成都：中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，2002.China Petroleum Engineering Co., Ltd. Southwest Company,Preliminary Design of the Second Shaanxi-Beijing Gas Pipeline Project［R］.Chengdu：China Petroleum Engineering Co.,Ltd.Southwest Company,2002.

［3］ 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司. 陕京三线输气管道工程初步设计［R］. 成都：中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，2009.China Petroleum Engineering Co., Ltd. Southwest Company,Preliminary Design of the Third Shaanxi-Beijing Gas Pipeline Project［R］.Chengdu：China Petroleum Engineering Co.,Ltd.Southwest Company,2009.

［4］GB 50251-2003， 输气管道工程设计规范［S］.GB 50251-2003,Code for Design of Gas Transmission Pipeline Engineering ［S］.

［5］GB 50423-2007， 油气输送管道穿越工程设计规范［S］.GB 50423-2007，Code for Design of Oil and Gas Transportation Pipeline Crossing Engineering ［S］.

［6］ 周裕鑫，李 江，李 岳，等. 陕京三线输气管道并行敷设技术研究［J］. 天然气与石油，2013,31（5）：12－15.Zhou Yuxin,Li Jiang,Li Yue,et al.Research on Parallel Laying Technology for Shaanxi-Beijing Gas Pipeline 3［J］.Natural Gas and Oil,2013,31（5）：12－15.