陜京三線輸氣管道工程線路方案優(yōu)化概論

王毓民 王棠昱 李 岳 李 江 周裕鑫

中國石油集團工程設(shè)計有限責(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 （以下簡稱陜京三線）是我國輸氣管道干線的重要組成部分，與陜京一、二線構(gòu)成一個輸氣系統(tǒng)，氣源為長慶氣區(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，通過永清—秦皇島—沈陽輸氣管道，將供氣市場延伸至遼寧；通過安平—南京輸氣管道與西氣東輸一線聯(lián)網(wǎng)，將供氣市場延伸至山東、江蘇及長江三角洲，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、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)計各階段對陜京三線（一期）線路方案進行優(yōu)化。

1 工程概況

陜京三線西起陜西省榆林市長慶氣區(qū)榆林首站，向東止于北京市昌平區(qū)西沙屯末站。線路總長約991.6 km，分三期建設(shè)。 一期：榆林首站—永清分輸站，線路長約820 km；二期：永清分輸站—良鄉(xiāng)分輸站，線路長約85.6 km；三期：良鄉(xiāng)分輸站—西山屯末站，線路長約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)計管徑1 016 mm，采用L 485（X70）鋼材，設(shè)計壓力10 MPa，設(shè)計年輸氣量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10 座，其中合建站7 座；線路截斷閥室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 座陰極保護站［3］。

陜京三線可行性研究由中國石油規(guī)劃總院拿總完成， 中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司（以下簡稱CPE 西南分公司）參與，初步設(shè)計和施工圖設(shè)計由CPE 西南分公司拿總完成，中國石油集團工程設(shè)計有限責(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石油天然氣管道局、長慶油田公司建設(shè)工程公司。 2010 年底完成一期線路工程試運行，是工程建設(shè)周期較短的項目。

2 線路方案優(yōu)化要點

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/供氣點的地理位置以及交通運輸、 動力等條件，經(jīng)多方對比后確定［4］，穿越有防洪要求的重要河段，應(yīng)根據(jù)防洪評價報告，選定穿越位置和穿越方案［5］。通過線路設(shè)計各階段不斷優(yōu)化，與陜京二線形成了榆林—靜樂段管道走向基本分離敷設(shè)；靜樂—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—靜樂線路優(yōu)化

榆林—靜樂的線路優(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，白龍山隧道進入嵐縣嵐河上游支流河谷，繞過嵐縣普明工業(yè)園，穿越嵐河經(jīng)步六社，穿越汾河，避開靜樂縣城，進入東碾河谷三里店，線路長約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，繞過嵐縣普明工業(yè)園后與北線方案相同，線路長約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度短6 km，困難段長度少25 km， 通過黃土沖溝梁峁地貌少39 km，無公路段較少，河流大型穿越（禿尾河、窟野河）少2 處，穿越山陵隧道長度少1 100 m，投資估算少12 000 萬元，故推薦南線方案。

表1 南、北線路方案比較

2.2 靜樂—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縣康家會—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行優(yōu)化。

2.2.1 靜樂縣康家會—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區(qū)后至宋家莊，環(huán)評不允許通過，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)方案進行局部比選，即從濟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：沿濟道嶺山梁敷設(shè)至安家莊東側(cè)約1.3 km 處進入七嶺河谷。 南側(cè)線路方案：沿嗚琴溝敷設(shè)，翻越山梁進入石代溝，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)線路長約2 km，需修建山體隧道，工期長，投資多3 000 萬元以上。 南線方案北側(cè)線路，雖通過狹窄石質(zhì)山脊、高陡坡坎，需新修施工道路較長，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，至盂縣國營林場，經(jīng)上王村、東溝山體隧道至劉家掌、南莊，避開盂縣長池工業(yè)園，經(jīng)白龍廟、上羅村、盂北村、溝西至下榆林鋪，管線長36 km，此方案線路起伏大，需建設(shè)長約650 m 的東溝山隧道， 道路依托條件差， 施工較困難，線路較長，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，且需經(jīng)過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

通過對線路的優(yōu)化，取得了以下成果：

a） 一期工程線路長約820 km， 通過設(shè)計各階段優(yōu)化，縮短長度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)濟賠償損失，而且提高了管道長期運行安全度。

d） 加大環(huán)境保護設(shè)計力度， 根據(jù)國家環(huán)保評估報告，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水源地保護，陜京三線不允許并行通過，采取向上游側(cè)繞行通過；

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

●山西省忻州市和靜樂縣交界處為云中山國家級自然保護區(qū)，環(huán)評不允許通過，線路在其南側(cè)繞行通過；

●為保護國家有限的森林資源， 本工程線路分別以大度山隧道、黑茶山隧道、東溝山隧道通過山西省臨縣紫金山林場、興縣和方山縣交界處的東山林場、盂縣東溝山林場，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池工業(yè)園；

●在陽曲避開軍事區(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)害對管道安全運行帶來的安全隱患，同時降低了施工難度。

h）充分運用陜京二線、 三線地震安全評價成果，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斷裂帶，并且對靠近系舟山西麓活動斷裂受其影響的晚更新世活動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)長度460 km， 參照國內(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)計中制定了具體的安全間距和保護措施及詳盡施工要求，保護了陜京二線安全運行，妥善地處理好相互關(guān)系，為我國輸氣管道工程并行建設(shè)提供經(jīng)驗。

通過對線路的優(yōu)化調(diào)整，為國家節(jié)省了建設(shè)投資和外部經(jīng)濟賠償10 億元以上，充分利用陜京二線已建站場和閥室，提高了陜京管道輸氣系統(tǒng)事故工況的安全性和長期運行的經(jīng)濟性，每年節(jié)省運行費用近億元。 工程自建成試運行以來，運行良好，線路系統(tǒng)優(yōu)化得到了運營單位的好評。

［1］ 向 波.并行管道安全間距及保護措施研究［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］ 中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司. 陜京二線輸氣管道工程初步設(shè)計［R］. 成都：中國石油集團工程設(shè)計有限責(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］ 中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司. 陜京三線輸氣管道工程初步設(shè)計［R］. 成都：中國石油集團工程設(shè)計有限責(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.