地基沉降极易导致天然气站场进出站管线系统发生应力集中与过度变形,严重时可致管道损坏。为此,搭建了包含2种典型结构的进出站管线、放空管、三通管道的天然气站场进出站管线系统沉降应力测试平台,开展了地基沉降下不同类型管道的应力测试,并基于测试平台建立站场进出站管线三维模型,分析内压、径厚比对管道应力的影响。结果表明,地基沉降时,进出站管线I(埋地汇管分配结构)地上弯头和支座固定端处产生的弯曲变形最为严重,进出站管线Ⅱ(Z形结构)的最大拉应力和最大压应力均在异径三通管道处,在相同沉降条件下进出站管线Ⅱ所受应力比进出站管线Ⅰ小;三通管道中部支墩沉降时,两端固定支座内侧和远离三通的沉降点管道应力随沉降量的增加而显著增大;放空管入地端沉降时,入地端竖直段变形最严重,放空管与主管道连接处受到的应力最大;降低管道径厚比和运行内压可减小管道沉降时的等效应力,提高管道的安全性。研究结果为天然气站场进出站管线系统的安全评定、应力监测点的选取和沉降预警提供了技术依据。