王毓民 王棠昱 李 岳 李 江 周裕鑫

中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041

0 前言

陜西—北京輸氣管道三線 （以下簡(jiǎn)稱陜京三線）是我國(guó)輸氣管道干線的重要組成部分，與陜京一、二線構(gòu)成一個(gè)輸氣系統(tǒng)，氣源為長(zhǎng)慶氣區(qū)、塔里木氣區(qū)及中亞天然氣，以首都北京為主供目標(biāo)，兼顧華北地區(qū)、環(huán)渤海灣主要用戶，通過(guò)永清—秦皇島—沈陽(yáng)輸氣管道，將供氣市場(chǎng)延伸至遼寧；通過(guò)安平—南京輸氣管道與西氣東輸一線聯(lián)網(wǎng)，將供氣市場(chǎng)延伸至山東、江蘇及長(zhǎng)江三角洲，建設(shè)意義重大。 該工程的建設(shè)原則：充分利用西氣東輸二線對(duì)管道并行敷設(shè)技術(shù)研究取得的成果［1］，盡可能利用陜京二線并行敷設(shè)，合建部分站場(chǎng)、閥室以便于管理，充分利用陜京二線建設(shè)成果［2］，縮短建設(shè)周期，節(jié)省投資。 因此，設(shè)計(jì)各階段對(duì)陜京三線（一期）線路方案進(jìn)行優(yōu)化。

1 工程概況

陜京三線西起陜西省榆林市長(zhǎng)慶氣區(qū)榆林首站，向東止于北京市昌平區(qū)西沙屯末站。線路總長(zhǎng)約991.6 km，分三期建設(shè)。 一期：榆林首站—永清分輸站，線路長(zhǎng)約820 km；二期：永清分輸站—良鄉(xiāng)分輸站，線路長(zhǎng)約85.6 km；三期：良鄉(xiāng)分輸站—西山屯末站，線路長(zhǎng)約86 km。線路走向方案示意見圖1。

圖1 陜京三線、 二線、 一線線路走向方案示意圖

設(shè)計(jì)管徑1 016 mm，采用L 485（X70）鋼材，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，設(shè)計(jì)年輸氣量150×108m3，管內(nèi)壁采用減阻內(nèi)涂層，全線設(shè)置各類輸氣站場(chǎng)10 座，其中合建站7 座；線路截?cái)嚅y室49 座，其中合建18 座，同溝敷設(shè)通信光纜，管道采用三層PE 外防腐層，設(shè)置8 座陰極保護(hù)站［3］。

陜京三線可行性研究由中國(guó)石油規(guī)劃總院拿總完成， 中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司（以下簡(jiǎn)稱CPE 西南分公司）參與，初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)由CPE 西南分公司拿總完成，中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司參與河北省安平縣之后線路。一期施工單位分別為中國(guó)石油天然氣管道局、長(zhǎng)慶油田公司建設(shè)工程公司。 2010 年底完成一期線路工程試運(yùn)行，是工程建設(shè)周期較短的項(xiàng)目。

2 線路方案優(yōu)化要點(diǎn)

陜京三線（一期）從西至東線路宏觀走向地貌單元為：西段為毛烏素沙漠南緣，晉西黃土高原呂梁山地；中段為忻定盆地，太行山地；東段為華北平原。 管道在確定線路大方案的基礎(chǔ)上，其走向應(yīng)根據(jù)地形、工程地質(zhì)、沿線主要進(jìn)/供氣點(diǎn)的地理位置以及交通運(yùn)輸、 動(dòng)力等條件，經(jīng)多方對(duì)比后確定［4］，穿越有防洪要求的重要河段，應(yīng)根據(jù)防洪評(píng)價(jià)報(bào)告，選定穿越位置和穿越方案［5］。通過(guò)線路設(shè)計(jì)各階段不斷優(yōu)化，與陜京二線形成了榆林—靜樂(lè)段管道走向基本分離敷設(shè)；靜樂(lè)—井陘段管道走向并行為主，局部分離；井陘—永清管道走向基本并行［6］的總體線路方案格局。

2.1 榆林—靜樂(lè)線路優(yōu)化

榆林—靜樂(lè)的線路優(yōu)化主要分為北線和南線方案比較，見圖2。

圖2 榆林—靜樂(lè)線路北線、 南線方案走向示意圖

2.1.1 北線方案

北線方案基本沿陜京二線并行。 線路經(jīng)過(guò)神木縣，穿越禿尾河和窟野河至黃河， 翻越呂梁山地困難段，局部微調(diào)，因與興縣城市規(guī)劃矛盾突出，遠(yuǎn)離陜京二線向東南經(jīng)康寧折向東，沿南川河支流河谷，經(jīng)石人山，白龍山隧道進(jìn)入嵐縣嵐河上游支流河谷，繞過(guò)嵐縣普明工業(yè)園，穿越嵐河經(jīng)步六社，穿越汾河，避開靜樂(lè)縣城，進(jìn)入東碾河谷三里店，線路長(zhǎng)約296 km。

2.1.2 南線方案

南線方案首尾兩段與北線方案共線，線路從榆林市東北側(cè)折向東南，沿佳縣河谷進(jìn)入佳縣，經(jīng)通鎮(zhèn)北折向東沿黃土梁經(jīng)張家坡、高家集下云石峁，以隧道方式穿越黃河臨縣第八堡北絕嶺，沿黃土梁、大河溝上游段至臨縣開化鎮(zhèn)以隧道方式穿越大度山，順湫河河谷逆流而上，至興縣和方山縣交界處，以隧道方式穿越黑茶山支脈，繞過(guò)嵐縣普明工業(yè)園后與北線方案相同，線路長(zhǎng)約290 km。

2.1.3 方案比較及推薦意見

由表1 可知： 南線較北線方案線路總長(zhǎng)度短6 km，困難段長(zhǎng)度少25 km， 通過(guò)黃土沖溝梁峁地貌少39 km，無(wú)公路段較少，河流大型穿越（禿尾河、窟野河）少2 處，穿越山陵隧道長(zhǎng)度少1 100 m，投資估算少12 000 萬(wàn)元，故推薦南線方案。

表1 南、北線路方案比較

2.2 靜樂(lè)—井陘線路優(yōu)化

本段線路地處呂梁山地東云中山段， 忻定盆地，太行山地及東西兩側(cè)山梁和溝谷，根據(jù)與陜京二線線路路由的關(guān)系，將此段線路分為靜樂(lè)縣康家會(huì)—忻府區(qū)牛尾莊段、盂縣寺家坪—下榆林鋪段和盂縣又道溝村—井陘北防口冶河穿越段三段線路方案進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.1 靜樂(lè)縣康家會(huì)—忻府區(qū)牛尾莊段

此段線路考慮北線和南線方案，北線方案：因五里溝狹窄曲折，各類線纜伴路而行，與陜京二線并行敷設(shè)已不可行；若從康家會(huì)繼續(xù)沿東碾河谷及其支流逆流而上， 順石川溝隧道穿越云中山自然保護(hù)區(qū)后至宋家莊，環(huán)評(píng)不允許通過(guò)，因此放棄北線方案。

南線方案從新開嶺村起， 折向東南側(cè)方向敷設(shè)，分為南線的北側(cè)方案和南側(cè)方案進(jìn)行局部比選，即從濟(jì)道嶺梁與嗚琴溝交匯處，至七嶺河谷安家莊之間局部方案比較。 北側(cè)線路方案：沿濟(jì)道嶺山梁敷設(shè)至安家莊東側(cè)約1.3 km 處進(jìn)入七嶺河谷。 南側(cè)線路方案：沿嗚琴溝敷設(shè)，翻越山梁進(jìn)入石代溝，在安家莊隧道穿越山體后，至安家莊七嶺河谷與北側(cè)方案閉合。 見圖3。

圖3 陜京二線、 三線線路方案及云中山自然保護(hù)區(qū)平面示意圖

由表2 可知： 南線方案南側(cè)較北側(cè)線路長(zhǎng)約2 km，需修建山體隧道，工期長(zhǎng)，投資多3 000 萬(wàn)元以上。 南線方案北側(cè)線路，雖通過(guò)狹窄石質(zhì)山脊、高陡坡坎，需新修施工道路較長(zhǎng)，是施工困難地段，但線路短，投資省，作為推薦線路方案。

表2 南線北側(cè)、南側(cè)方案比較

2.2.2 盂縣寺家坪—下榆林鋪段

本段線路有北線和南線方案比選，走向見圖4。

圖4 盂縣寺家坪—下榆林鋪線路方案平面示意圖

南線方案：與陜京二線并行，從寺家坪起經(jīng)北莊、路家峪繞過(guò)西小坪，經(jīng)大敖子坡、柴中村、土塔、劉家坡至下榆林鋪，線路長(zhǎng)34.5 km。 該方案地形條件好，交通便利，但與陜京二線安全間距矛盾突出，且局部與S 314 省道、盂縣林場(chǎng)也存在矛盾，技術(shù)不可行。

北線方案：線路從寺家坪起經(jīng)東溝，翻越山體，至盂縣國(guó)營(yíng)林場(chǎng)，經(jīng)上王村、東溝山體隧道至劉家掌、南莊，避開盂縣長(zhǎng)池工業(yè)園，經(jīng)白龍廟、上羅村、盂北村、溝西至下榆林鋪，管線長(zhǎng)36 km，此方案線路起伏大，需建設(shè)長(zhǎng)約650 m 的東溝山隧道， 道路依托條件差， 施工較困難，線路較長(zhǎng)，但技術(shù)可行，故作為推薦方案。

2.2.3 又道溝村—北防口冶河穿越段

該段為翻越太行山地及丘陵地帶，是陜京三線困難段之一。 北線和南線方案走向見圖5。

圖5 又道溝—冶河穿越翻越太行山線路方案示意圖

南線方案：與陜京二線并行，從又道溝進(jìn)入，以1 840 m大梁隧道穿越太行山主脈，經(jīng)城西溝、冀南溝、王峪溝沿小作河谷至北防口冶河穿越，線路順直且只有36 km。 該段沖溝段狹窄曲折且多為石方段，與陜京二線并行或靠近敷設(shè)不具備條件；小作河谷地帶雖然開闊但建筑物如石料廠、堆煤場(chǎng)較多，且擬建石太高速公路二線，與陜京二線并行敷設(shè)十分困難。

北線方案：從又道溝北側(cè)山溝進(jìn)入連續(xù)穿越太行山2 處隧道（又道溝隧道、南嶺溝隧道），翻越白土嶺村前后2 處山梁，進(jìn)入太行山東側(cè)河谷地帶，經(jīng)路家莊、米湯崖、胡仁、出六里、趙莊嶺、康莊沿小作河支流河谷至北防口冶河穿越，較陜京二線略長(zhǎng)，且需經(jīng)過(guò)狹窄彎曲的沖溝并翻越山梁，但線路方案技術(shù)可行。

3 線路優(yōu)化成果

通過(guò)對(duì)線路的優(yōu)化，取得了以下成果：

a） 一期工程線路長(zhǎng)約820 km， 通過(guò)設(shè)計(jì)各階段優(yōu)化，縮短長(zhǎng)度10 km，節(jié)省了大量鋼材和投資。

b）較好地選擇了主要河流、山嶺大型穿越的位置和通過(guò)方式，見表3～4。

表3 河流大型穿越一覽表

表4 穿越山嶺隧道一覽表

c） 線路避開了陜西省榆林市神府優(yōu)質(zhì)煤礦區(qū)和山西省山浪煤田和相關(guān)煤礦采空區(qū)。 不僅避免了巨大的經(jīng)濟(jì)賠償損失，而且提高了管道長(zhǎng)期運(yùn)行安全度。

d） 加大環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)力度， 根據(jù)國(guó)家環(huán)保評(píng)估報(bào)告，較合理地解決了以下矛盾：

●陜京二線穿越榆溪河定向鉆穿越管段為該市一級(jí)水源地保護(hù)，陜京三線不允許并行通過(guò)，采取向上游側(cè)繞行通過(guò)；

●陜京二線穿越滹沱河為石家莊地下水源保護(hù)區(qū)，不允許陜京三線并行敷設(shè)通過(guò)， 因此陜京三線調(diào)整位置，修改為上游側(cè)繞行通過(guò)；

●山西省忻州市和靜樂(lè)縣交界處為云中山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，環(huán)評(píng)不允許通過(guò)，線路在其南側(cè)繞行通過(guò)；

●為保護(hù)國(guó)家有限的森林資源， 本工程線路分別以大度山隧道、黑茶山隧道、東溝山隧道通過(guò)山西省臨縣紫金山林場(chǎng)、興縣和方山縣交界處的東山林場(chǎng)、盂縣東溝山林場(chǎng)，避免了林區(qū)破壞。

e）線路優(yōu)化較好地解決了以下外部關(guān)系：

●在陜西省佳縣佳蘆河谷地帶與中國(guó)石化建設(shè)中的陜西—山東天然氣管道并行41 km，交叉20 次；

●與擬建和規(guī)劃建設(shè)中的佳縣—榆林高速公路、石家莊—太原高速公路二線，調(diào)整線路方案，保持足夠間距；

●在山西省嵐縣，繞避普明工業(yè)園；在盂縣繞避了城北長(zhǎng)池工業(yè)園；

●在陽(yáng)曲避開軍事區(qū)。

f） 線路優(yōu)化選擇了寬闊、平坦河谷地貌，通過(guò)佳蘆河谷、湫河河谷、嵐河及其支流河谷、汾河河谷、東碾河谷、牧馬河（七嶺河）等有利地形，有公路依托，施工方便，工期縮短，造價(jià)降低。

g）在佳縣、臨縣地段，為黃土梁峁溝壑困難地段，地質(zhì)災(zāi)害如黃土滑坡、崩塌、泥石流、黃土濕陷及潛蝕等較多，線路優(yōu)先選擇了走梁不走溝方案，避開了大中型沖溝和高陡邊坡，避免地表水作用產(chǎn)生各類地質(zhì)災(zāi)害對(duì)管道安全運(yùn)行帶來(lái)的安全隱患，同時(shí)降低了施工難度。

h）充分運(yùn)用陜京二線、 三線地震安全評(píng)價(jià)成果，線路避開了楊家?guī)X—思西，系舟山北麓、西麓和盂縣全新世活動(dòng)斷裂帶，并且對(duì)靠近系舟山西麓活動(dòng)斷裂受其影響的晚更新世活動(dòng)斷裂帶相交管段采取了抗震措施。

4 結(jié)論

陜京三線輸氣管道工程（一期）線路與陜京二線并行敷設(shè)長(zhǎng)度460 km， 參照國(guó)內(nèi)外并行敷設(shè)管道關(guān)鍵技術(shù)研究成果，結(jié)合本工程不同地形地貌和工程地質(zhì)條件，在設(shè)計(jì)中制定了具體的安全間距和保護(hù)措施及詳盡施工要求，保護(hù)了陜京二線安全運(yùn)行，妥善地處理好相互關(guān)系，為我國(guó)輸氣管道工程并行建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)線路的優(yōu)化調(diào)整，為國(guó)家節(jié)省了建設(shè)投資和外部經(jīng)濟(jì)賠償10 億元以上，充分利用陜京二線已建站場(chǎng)和閥室，提高了陜京管道輸氣系統(tǒng)事故工況的安全性和長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，每年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用近億元。 工程自建成試運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行良好，線路系統(tǒng)優(yōu)化得到了運(yùn)營(yíng)單位的好評(píng)。

［1］ 向 波.并行管道安全間距及保護(hù)措施研究［J］. 天然氣與石油，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］ 中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司. 陜京二線輸氣管道工程初步設(shè)計(jì)［R］. 成都：中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)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］ 中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司. 陜京三線輸氣管道工程初步設(shè)計(jì)［R］. 成都：中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)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， 輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.GB 50251-2003,Code for Design of Gas Transmission Pipeline Engineering ［S］.

［5］GB 50423-2007， 油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)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. 陜京三線輸氣管道并行敷設(shè)技術(shù)研究［J］. 天然氣與石油，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.