立项
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2003年3月，经国家发展计划委员会以“计基础发〔2003〕335号”文件批准立项，中华人民共和国交通运输部以“交公路发〔2003〕330号”文件批复初步设计文件。工程概算总投资138.78亿元，建设工期5年。户县涝峪口至宁陕筒车湾、洋县槐树关至勉县两段计196.64公里，由陕西省公路勘察设计院设计；宁陕筒车湾至洋县槐树关段58.383公里，由中交第一公路勘察设计院设计[3]。
工程管理
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2002年5月，经陕西省人民政府批准，陕西省高速公路建设集团公司出资设立陕西西汉高速公路有限责任公司（简称：西汉公司）作为项目法人单位，负责西汉高速公路项目的建设和后期运营管理工作。西汉公司组建了5个工程项目组、1个房建项目组和1个机电项目组，现场负责工程管理工作。监理工作按照三级管理模式，全线设1个总监办，下设5个总监代表处，招标引进36个驻地监理办，负责项目监理工作[3]。
项目招标
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西汉公司按照《中华人民共和国招标投标法》和陕西省交通厅出台的有关招投标实施细则，先后完成了123个工程标段的招标工作，其中路基桥隧79个标段分5期招标完成，路面划分9个标段分三期完成招标。路面工程、交通工程、绿化工程等分次招标：路面工程标段9个，交通安全标段7个，绿化工程标段 7个，标志标线工程2个，斜井工程2个标段。房建、机电工程招标：房建12个，机电5个标段[3]。
施工
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2002年9月，在国家计委尚未正式批复立项的情况下，陕西省政府批准西汉高速公路项目秦岭隧道群等控制性工程试验段先期开工建设。后因设计线路与“引汉济渭工程”线路在三河口水库段交叉，政府决定“改路保水”。2005年5月，西汉高速公路全线开工建设，汉中东至勉县段50.82公里于2005年9月28日建成通车；洋县至汉中东段60.65公里于2006年11月21日建成通车；户县至洋县段143.55公里，于2007年9月30日通车，至此，西汉高速公路实现全线贯通[3]。
投资完成情况
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2002年，完成投资8.42亿元；2003年，完成投资21.59亿元；2004年，完成投资30.57亿元；2005年，完成投资28.54亿元；2006年，完成投资 29.60亿元；2007年，完成投资19.06亿元[3]。