盾构区间反力架和托架安装施工方案

韩通站～北乐乡站区间

反力架和托架安装施工方案

编 制：_________

审 核：_________

批 准：_________

中铁二十局集团第二工程有限公司石家庄地铁3号线二期03标段项目经理部

二〇一九年三月

2

目 录

一、工程概况................................................4二、反力架..................................................4

2.1反力架结构形式......................................42.2反力架主梁..........................................5

2.1.1立梁..........................................52.2.2横梁..........................................52.2.3斜梁..........................................62.3钢环................................................62.4反力架后支撑结构形式................................72.5预埋件..............................................72.6施工准备............................................8

2.6.1人员配置......................................82.6.2主要机械配置..................................92.6.3主要材料配置..................................92.7施工工艺流程........................................92.8施工方法............................................9

1

2.8.1测量定位......................................92.8.2安装反力架底座................................92.8.3安装立梁.....................................102.8.4安装斜撑和直撑...............................102.8.5定位复测及焊接加固...........................102.9反力架的受力验算...................................10

2.9.1钢反力架结构稳定性校验.......................102.9.2 500H型钢强度校核............................112.9.3 200H型钢强度验算............................112.9.4 H型钢稳定性计算.............................112.10施工质量控制......................................12

2.10.1 安装误差控制................................122.10.2 焊接质量控制................................12

三、始发托架...............................................13

3.1始发托架的结构布置形式.............................133.2垫层强度验算.......................................133.3力学模型...........................................143.4轨道梁受力分析：...................................15

2

3.5荷载组合效应分析...................................153.6荷载取值...........................................163.7截面承载能力复核...................................16

3.7.1 截面参数计算.................................163.7.2求最大内力值.................................183.8托架安装施工方法及工艺.............................18四、施工安全注意事项及预防措施.............................21

4.1吊装安全注意事项及人员保护措施.....................21

4.1.1吊装注意事项.................................214.1.2 人员保护措施.................................214.2电焊作业防范措施...................................22附图一：反力架立面图.......................................24附图二：反力架主梁.........................................25附图三：反力架钢环板.......................................26附图四：反力架支撑钢板预埋位置图...........................27

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一、工程概况

韩通站至北乐乡站区间敷设于规划金沙江路南侧，呈东西走向并向南接入东二环沿线，始于太行大街韩通站，止于兴安大街北乐乡站，拟采用盾构法施工。隧道左、右线起讫里程为（左）DK24+691.950~（左）DK26+237.930，左线长度1543.239m，短链长度2.741m（即左DK25+797.259==左DK25+800.000），右线长度1545.98m，隧道推进方向均为北乐乡站至韩通站。区间在DK25+270（带废水泵房）及DK25+770处各设置联络通道，拟采用矿山法施工。线路最大纵坡为24‰，坡段长为220m。左右线间距13.0~16.2m，区间隧道顶板埋深约9.0~19.4m，顶板高程约41.8~51.4m，区间断面内径5400mm，结构厚度300mm。衬砌环采用标准环+左右转弯楔形环型式。左线、右线区间盾构机均从北乐乡站始发。

二、反力架

2.1反力架结构形式

由两根立柱和两根横梁以及水平支撑组成。立柱与横梁采用高强螺栓连接，为加强整体性所有节点都为固定连接。反力架为一门式刚架。立柱高度为8200mm，上下各有两个横梁，跨度为5040mm。具体结构形式见下图。

4

反力架示意图

2.2反力架主梁

反力架主梁由上横梁、下横梁、左立梁、右立梁、斜梁组成。

上上上上上上上上上上上上上上上上上上5

反力架主梁图

2.1.1立梁

立梁为30mm厚的钢板焊接成H型钢，截面尺寸为1000mm×600mm。共两根，由M27*100的8.8级螺栓与底座相连接。

100003006033030立梁截面图

2.2.2横梁

横梁为30mm厚的钢板焊接成H型钢，截面尺寸为1000mm×300mm。共两根，由M27*100的8.8级螺栓连接。

3030002331000横梁截面图

6

2.2.3斜梁

斜梁为箱式结构，主承重板为30mm厚Q235B钢板，加强筋板为20mm厚Q235B钢板，箱体截面积为1000mm*300mm。共四根，斜梁之间由M27*100的8.8级螺栓连接。

30301000斜梁截面图

2.3钢环

反力钢环外径为6000mm，钢环为箱式结构，截面积尺寸为300mm*300mm。

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30020反力钢环示意图

2.4反力架后支撑结构形式

本标段由于始发井，后支撑按照直撑形式分为斜撑和直撑，按照安装位置分为立梁和横梁。采用500H型钢和200H型钢。如盾构始发时反力支撑需提供2000t的反力，反力架支撑考虑底部及立柱一侧采用水平直支撑，另一侧立柱支撑采用斜撑的方式。

以左线区间为例，南侧立柱是2根500H型钢斜撑，北侧立柱是2根500H型钢直撑，上横梁与下横梁各采用6根200H型钢并排焊接的直撑。具体后支撑采用方式见下图。

8

北侧后支撑图 南侧后支撑图

2.5预埋件

预埋件在车站整体结构竣工前已按设计预埋,预埋件主要为反力架系统提供定位和固定的基础。底板预埋件有反力架底座安装预埋件（1600mm*1200mm）、反力架斜支撑预埋件（1200mm*1100mm）。

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底板预埋件示意图

2.6施工准备2.6.1人员配置人员配置情况见下表

管理人员配置表

岗位

人数

工作内容

负责施工现场的总体进度把

管理人员

2

控，现场调度，安全文明生

产及材料设备供应负责施工测量、技术交底、

技术人员

6

质量、现场安全检查等管理

工作

负责现场材料及工具领用，记录设备使用及运行状况

备注

包括项目副经理、机

械总工

包括现场技术负责人、

测量班人员

物资设备管理员2

劳动力配置表

工种

人数

10

工作内容备注

工班长2

协助现场技术人员安排工序，执行技术交底内容。负责现场电气焊，现场材料

切割加工作业。负责配合始发架吊装作业。负责指挥汽车吊吊装作业。

白夜班各1人

焊工12白夜班各6人

杂工司索

184

白夜班各9人白夜班各2人

2.6.2主要机械配置

设备名称汽车吊电焊机手拉葫芦二保焊

型号25TNBC-500（F）

5T

数量1243

安装定位时使用

1把备用备注

2.6.3主要材料配置

材料名称氧气乙炔H型钢H型钢

500mm×500mm175mm×175mm

型号

数量 若干若干25m20m

备注

2.7施工工艺流程

11

施工工艺流程图

2.8施工方法2.8.1测量定位

根据方案及几何尺寸放出反力架位置，使反力架处于一个稳定的平面上。施工范围内有干扰物体及时进行清除。

2.8.2安装反力架底座

先用龙门吊将立柱吊下，然后用手拉葫芦配合龙门吊调整底座位置，刨出底座预埋钢板并焊接牢固，使始发架底座靠管片面与洞门在同一平面以确保始良好的发姿态。

2.8.3安装立梁

用龙门吊将下八字撑吊下，依据测量定位线进行定位焊接。靠管片面应保证与立柱平面相平。

2.8.4安装斜撑和直撑

斜撑采用500H型钢，直撑采用500H型钢及200H型钢混合使用。先跟据测量放线点将斜撑底座的预埋钢板刨出，用汽车吊将斜撑以及直撑吊下，用手拉葫芦配合25t汽车吊调整斜撑位置，然后满焊加固，用手拉葫芦将直撑吊到合适位置时进行焊接加固。

12

2.8.5定位复测及焊接加固

最后复测确定反力架安装位置符合始发要求，再将立柱以及直撑和斜撑进行再次焊接加固。

2.9反力架的受力验算

2.9.1钢反力架结构稳定性校验

反力架受力部位主要为两立柱及上下横梁，受力呈对称分布，取其中一根立柱进行受力分析，其承受荷载2000T/4。根据反力架结构形式，作用在反力架的荷载可按均布荷载进行简化计算。按反力架立柱抗弯允许最大挠度15mm控制。斜撑轴心受压应力不大于钢管的轴心受压强度。

100030303030反力架结构立柱截面示意图

单边总荷载

F=2000/4=500T=500×10N；则均布

q=F/7.6m=500×10N/7.6m=0.66×10N/m;

取其中一边分析，最大挠度出现在立柱中间得横梁部位。其挠度为：ωmax=5ql4/384EI；单根Q235B型钢弹性模量

4

6

4

13

600E=2.10×10N/ mm²

5

I=0.6×13/12-0.54×0.943/12=0.012

代入ωmax=5×0.66×106×(4.15)4/(384×2.10×105×0.012)m=10.1mm<15mm；故最大荷载作用于反力架产生的挠度满足要求。2.9.2 500H型钢强度校核

后支撑按照受反力架反力2000t计算如下：每道斜支撑受力

F＝2000×10（N）/4＝5×10（N），H型钢轴向受力F1=F×sin45°=3.5×10（N）

载荷 1 =F1/A=3.5×10/（0.01635×2(m²)）=107MPa[]＝s/ns＝235MPa/1.5＝156.7MPa1≤[]满足强度要求。

每道直撑受力均为F=5×10（N）

载荷 1 =F/A=5×10/（0.01635×2(m²)）=153MPa[]＝s/ns＝235MPa/1.5＝156.7MPa1≤[]满足强度要求。

2.9.3 200H型钢强度验算支撑的截面A=.28×10

‒4

6

66

6

4

6

×6=0.038 m²

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直撑受力为F=5×10（N）

直支撑＝F/A＝5×10（N）/0.038(m²)＝131.5MPa≤[]＝s/ns＝235MPa/1.5＝156.7MPa

直支撑强度满足要求。2.9.4 H型钢稳定性计算临界力：Pc＝π2EI/L2

其中 E＝210×103 MPa

δ＝20mm

6

6

I=（B*H3-b*h3）/12=0.005597（m4） L＝2.10m

8

c＝Pc/A＝1.14×10 (N)/0.0728(m²)＝1565.9MPa>>p＝200MPa所以临界应力采用由实验测得的经验公式进行计算c＝s－aλ2＝235－0.00785×L2×A/I

＝235MPa－0.00785(MPa)×2.102(m²)×0.0728 (m²)/0.005597(m)＝235MPa－0.40MPa＝234.6MPa

N＝c×A＝234.6(MPa)×0.0728(m²)＝1707.88t≥F＝2000t/10=200tH型钢支撑稳定，可以使用。2.10施工质量控制2.10.1 安装误差控制

1、反力架左右偏差控制在±10mm之内。2、反力架高程偏差控制在±5mm之内。

4

15

3、始发架水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰。

4、盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜±2‰，水平趋势偏差＜±3‰。2.10.2 焊接质量控制

1、焊接前必须保证焊接面无残渣，防锈漆面全部打磨。2、焊缝厚度不小于11mm。3、焊缝长度覆盖整个接缝处。

4、焊缝不得存在未焊满、根部收缩。表面气孔、夹渣、裂纹、和电弧擦伤等缺陷。5、焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。

6、焊缝必须经探伤检验，并应符合设计要求和施工及验收规范的规定，检查焊缝探伤报告。

具体焊接质量标准见下表

检查项目未满焊根部收缩咬边裂纹电弧擦伤接头不良表面气孔表面加渣

检查内容

≤0．2+0.02t且≤1mm，每100mm 长度焊缝内未焊满累积长度≤25mm

≤0．2+0.02t且≤1mm，长度不限

≤0.05t且≤0.5mm连续长度≤100m，且焊缝两边咬边总长度≤10%焊缝全长

不允许不允许

缺口深度≤0.05t且≤0.5mm，每1000mm长度焊缝内不得超过1处。

不允许不允许

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三、始发托架

3.1始发托架的结构布置形式

始发托架有若干榀桁架组成，通过轨道梁把桁架连系在一起。形成整体受力结构。盾体之间作用在轨道梁上，由轨道梁传递荷载到桁架上，再由桁架传递到始发井底地基。轨道梁和桁架采用螺栓、焊接形式连接。如下图所示：

始发托架平面示意图

始发托架立面图

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3.2垫层强度验算

1、在盾构机始发前，根据始发托架安装高程与底板高程差（580mm），确定始发托架的安装方式，采取下垫570mm高钢桶及2cm厚钢板（如下图所示）

钢桶及钢板组合示意图

垫层受力：F＝（57000+92000+101000+26000+10180）×10=2861.8（KN）垫层截面：A＝π*0.31*0.31-π*0.3*0.3*14=0.268 m²载荷 1 =F/A=2861.8/0.268=10.678MPa[]＝s/ns＝235MPa/1.5＝156.7MPa1≤[] 满足强度要求3.3力学模型

如上图所示，始发托架为桁架体系结构。盾体引起的荷载直接作用在轨道梁上，通过桁架传递到井底基础。故轨道梁是计算分析的重点，而桁架只是起到把荷载均匀传递到基础。轨道梁实际是一等跨连续梁（如下图所示）。q(X)为盾体的重量，沿长度方向，盾体自重不一样，故q(X)为x的应变量。

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3.4轨道梁受力分析：

PPPzyz如图所示，由于轨道梁布置形式的特殊性，为了便于计算，把荷载P分解成y轴方向和z轴方向两个力矢量Py，Pz 。P即为上述q线荷载在剖切面上的点荷载。

其中：

PysinP ; PzcosP; 3.5荷载组合效应分析

考虑到盾构机始发、过站时，托架都要作为承重结构使用，故应分别计算始发、过站时盾体对托架的荷载效应。

始发姿态，盾体全部作用在始发托架上，如下图所示。

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刀盘前盾中盾尾盾托架托架受力示意图

刀盘前盾中盾尾盾托架受力示意图

3.6荷载取值

根据盾构机自重和机身部位长度，可以得到详细的各部位的对托架的荷载作用值Q（x）。

Q（x）=H*9.8（kN/t）/L ,可得下表详细资料。

部位刀盘前盾中盾尾盾

长度L(m)0.932.12.583.68

重量H(t)579210126

Q(x)(kN.m)65753038477

则根据坐标变换有：

q1yQ1657*sin*sin65o298kN.m22；

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q1zq2yq2zq3yq3zq4yq4zQ1657*cos*cos65o140kN.m22；Q2530*sin*sin65o240kN.m22；Q2530*cos*cos65o111kN.m22；Q3384*sin*sin65o174kN.m22；Q3384*cos*cos65o81kN.m22；Q477*sin*sin65o35kN.m22；Q477*cos*cos65o16kN.m22；

3.7截面承载能力复核3.7.1 截面参数计算

由于始发托架的轨道梁布置形式比较特殊，不利于计算，可通过转换变成利于计算的形式（见下图），为考虑偏于安全的原则，我们不计算左侧的工字型截面，而是把这个通长布置的梁作为抗扭转、抗剪切安全储备。

Y转化ZYZ21

转化后截面形状参数见下图；截

y面参数计算：

zyCCzOA150*432150mm2；A230*2507500mm2；A3434*4017360mm2；A4300*309000mm2；

ycA*yAssz2150*515.57500*47917360*2479000*15252mm21507500173609000；

11Iz*50*4332150*263.52*250*3037500*2272121211*40*434317360*2122*300*3039000*23722095552804mm41212Iy1111*30*3003*434*403*30*2503*43*503109325083.4mm412121212Iz2095552804mm4W7352816.8mm3hoyc(537252)mm；

TZIz2095552804mm4W8315685.7mmyc252mm；

BzWyIyB/2109325083.4728833.9mm3150；

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3.7.2求最大内力值6.2.1始发状态下内力极值

M+ymax=3.5kN.m；M+zmax=169.6kN.m；M-ymax=135.9kN.m；M-zmax=63.4kN.m；Vymax=387.4kN；Vzmax=181.1kN；6.2.2始发状态下内力最大截面应力极值

ymaxMzmax3.5*106169.6*106184.3MPaB*Wz*Wy1.5*8315685.71.5*728833.9Mzmax135.9*10663.4*10670.3MPa*WzT*Wy1.5*7352816.81.5*728833.9Vzmax387.4*103181.1*10327.4MPaAsA1736036010VymaxMymaxMymax

ymaxmax故通过以上计算分析可知：σ+max=184.3MPa<[σ]=210MPa；σ-max=70.3MPa<[σ]=210MPa；τmax=27.4MPa<[τ]=120MPa；

故始发托架的正应力、剪应力强度符合要求。3.8托架安装施工方法及工艺

1、在盾构机始发前，根据始发托架安装高程与底板高程差（580mm），确定始发托架的安装方式，采取下垫570mm高钢桶及2cm厚钢板（如下图所示）保证始发托架的安装高程满足要求，始发托架的轨面高程统一提高30mm。

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钢桶及钢板组合示意图

始发托架平面图

始发托架立面图

2、先由测量人员放出隧道中心点，再结合托架的设计图纸将钢环底部中心点及安装的标高放出，随后将始发井西侧底部中心点及标高放出标记，最后在托架两侧放出两个距洞门钢环30cm的点。由中线点和两个定位点拉线作为基准点位实施安装。

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3、基座运至施工现场后吊致井下，并将两部分组装起来；

4、通过龙门吊来初步调节托架位置，使托架中线与隧道线路中心线重合。存在高差用钢板垫起来；

5、粗调完成后，由测量人员进行复核。根据测量结果使用千斤顶进行细调，直到结果达到安装要求后，再由测量人员进行最后的校核；

6、安装完成后及时报监理和第三方监测核查；

7、测量结果符合安装要求后，用20#H型钢加钢板将托架与井壁四周撑紧焊牢，防止托架移动。南侧和北侧固定支撑靠近托架一侧需加工成下图所示

托架北侧固定示意图

托架东侧固定示意图

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托架南侧固定示意图

8、安装结束后，测量人员对安装位置进行最后检查，质量人员对各螺栓连接和焊缝进行强度、连接质量、托架标高复核等检查，经检查合格后才能投入盾构始发的使用，保证始发的顺利进行。

四、施工安全注意事项及预防措施

4.1吊装安全注意事项及人员保护措施4.1.1吊装注意事项

1、严格按照施工方案的要求作业，任何变更需经各方施工人员的共同确认无误方可执行。

2、严格遵守现场施工的各项安全规定，遵守起重机操作规程。

3、所有作业人员上岗前不得饮酒，作业人员需着装规范，戴安全帽，高处作业系好安全带，穿防滑工作鞋：各工种人员作业时佩戴好本工种劳动保护用品。

4、作业人员需服从指挥，文明施工，作业时做到三不伤害。

5、龙门吊机行走、作业的路面必须坚实平稳，吊装载荷必须保证在其额定起重能力范围内，禁止超载作业。

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6、运输吊装时必须与带电线路保持安全距离，不得影响交通及高压电器设备安全。7、吊装所有机具在使用前必须严格检查，保证使用的机具确保吊装安全。8、有专业人员任吊装指挥，指挥动作准确敏捷，哨音清楚洪亮，吊装时动作平稳缓慢，尽量减少晃动产生的惯性力，与周围保证安全距离，不得接触，并用晃绳控制方向。

9、设置吊装作业警戒区域，无关人员禁止入内。超过五级以上风力不得吊装，能见度低于100米禁止吊装。

10、作业人员不得疲劳上岗，要精力集中、相互之间相互关照，防止高处坠落或其它事故发生。

4.1.2 人员保护措施

1、加强作业人员的安全规章制度的学习，提高安全防范意识。2、严禁酒后作业。

3、吊装作业人员统一佩戴安全帽，进入施工现场遵守项目部的规定。4、作业时必须执行安全技术交底，听从统一指挥。5、起重工、信号工必须经专门安全技术培训，持证上岗。

6、信号工要穿有明显标识的衣服，两眼视力不得低于1.0，无色盲、听力障碍、高血压、心脏病等生理缺陷。

7、信号工高处指挥时，需戴安全带，脚穿防滑鞋。

8、起重机尾部为盲区，工作人员注意起重机尾部的旋转动态。9、起重大件时，严禁任何人员乘坐大件随物下井。

10、司机作业时，严禁收听任何有声电器及打电话，严禁与其他人员交谈。11、司机和信号工必须使用对讲机进行指令的接受和发出。确保对讲机的音质清晰，

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调频无干扰。

12、作业前必须检查作业环境、吊索具、防护用品。吊装区域无闲杂人员，障碍已排除。吊具无缺陷，捆绑正确牢固。

13、起重作业时，必须正确选择吊点的位置，合理穿挂索具。

14、试吊：吊绳套挂牢固，起重机缓缓起升，将吊绳绷紧稍停试吊，试吊高度为200mm～500mm,试吊中，指挥信号工、挂钩工、司机必须协调配合。发现吊物重心偏移或其他物件粘连等情况时，必须立即停止起吊，采取措施并确认安全后方可起吊。

4.2电焊作业防范措施1、使用合格的电焊工具

2、作业前应对电焊工具进行认真检查，检查项目如下：（1）电焊机绝缘性能是否良好；

（2）电源线及电焊机引出线绝缘层有无破损老化、导线裸露的情况；（3）电焊机一、二次侧接线柱有无松动、严重烧伤的情况；

（4）电焊钳及电焊专用手套有无破损漏电的可能，不合格者禁止使用。4.2.2接线程序

1、选一根绝缘良好的引出线与焊把线可靠连接，接头要拧紧，使其接触良好，防止过热，并用绝缘胶布将接头裸露导体包扎数层使其绝缘良好。

2、将引出线敷设至电焊机处并接与焊机二次侧接线柱上，应压紧螺丝使其牢固接触良好，禁止使用缠绕法连接。敷设引出线时避免焊把特别是接头从有水的地方经过，必要时架空。焊把线经过金属栏杆或扶梯时，应用绝缘性能良好的细绳将其悬挂。

3、将电焊机金属外壳可靠接地。即：用一根导线一端接至接触网，另一端连接在焊机外壳标有接地标记的螺丝上并拧紧，使其可靠接地，防止外壳带电造成触电事故。

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4、将电源线接至电焊机一次侧接线柱，压紧螺丝使其牢固接触良好，禁止使用缠绕法连接。

5、将电源线、焊把线的接头及绝缘老化破损处用绝缘胶布包扎，导线绝缘严重老化者禁止使用，裸露的接线柱应加护罩，防止误碰发生触电事故。

6、检查带熔丝的电源闸刀或带熔断器的断路器是否在断开位置，将电源线接至电源开关熔丝或熔断器下侧，严禁带电接线。

7、再次对所接电源线、引出线、外壳接地线进行仔细检查，确认无误后合上电源开关，合开关时应戴绝缘手套且另一只手不得触摸焊机。

8、作业期间特别是更换焊条时必须按规定戴好电焊绝缘手套。

9、在潮湿环境作业应穿绝缘鞋或站在干燥的木板上。工作服、工作鞋、手套要保持干燥，才能保证绝缘性能不会降低。

10、拆除电源线、消除电焊机故障、移动电焊机焊工离开现场时切记将电源开关断开。

11、雨天必须在室外露天进行电焊作业时，一定要采取防御措施，防止雨水淋湿焊机、导线及焊把，造成漏电伤人事故。

12、加强专业电工现场日巡查用电制度，确保隐患早发现、早整改，起到事前预防。

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附图一：反力架立面图

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附图二：反力架主梁

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附图三：反力架钢环板

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附图四：反力架支撑钢板预埋位置图

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