本发明涉及工程建设领域，具体地涉及一种季冻区的轨道结构以及轨道结构的施工方法。
背景技术：
冻土是一种由冰胶结合且性质特殊的多相复杂体系，与其他类型土相比，最大特点是水、热、力等性质具有不稳定性。我国冻土地区分布广泛，约有98.9％的面积被不同类型的冻土所覆盖，其中对工程建设如铁路轨道建设影响较大的季节性冻土区即季冻区的面积约占全国冻土地区面积的53.5％。
季节性冻土区的表层都存在着一层冬冻夏融的冻结—融化层即冻融层，该冻融层在冻融过程中会引起土体性质的变化，土体在冻融的作用下会出现冻胀的不均匀性，从而造成轨道路基的较大变形，这严重影响了行车安全和运输效率。随着我国铁路建设尤其是高速铁路建设的快速发展，越来越多的高速铁路穿越在了季冻区。列车在高速运行状态下对轨道路基的变形响应更加敏感。
轨道路基的不均匀冻胀将导致路基面以上的轨道结构中的轨道扣件、轨距杆等工作状态几乎失效，引起线路高低不平，从而影响铁路的平顺性和乘坐舒适度，更为严重的是影响列车的行驶安全，同时也大大增加了铁路工务部门的线路维护工作量。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的轨道路基的不均匀冻胀的问题，提供一种季冻区的轨道结构，该轨道结构能够使得路基的冻胀较为均匀，减少了冻胀对路基产生的作用，使得路基变形较小。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种季冻区的轨道结构，所述季冻区的轨道结构包括路基以及铺设于所述路基上的轨道主体，所述路基的裸露于所述轨道主体外的部分开设有从表面沿所述路基的深度方向延伸的应力释放孔。
在上述技术方案中，通过在路基的裸露于轨道主体外的部分开设从表面沿所述路基的深度方向延伸的应力释放孔，能够使得季冻区的路基在冻胀过程中产生的纵向变形有效地转化为沿所述应力释放孔的径向方向并朝向所述应力释放孔的中心轴线收缩的横向变形，这样，使得季冻区的路基的冻胀较为均匀，大大减少了冻胀对所述路基的土体产生的作用，使得所述路基的变形较小。
优选地，所述应力释放孔的深度不小于所述路基的冻深；并且/或者，所述应力释放孔的孔口处设置有能够遮盖所述孔口的孔盖。
优选地，所述季冻区的轨道结构包括设置于所述应力释放孔内的弹性单元。
优选地，所述弹性单元由包括聚苯乙烯、沥青和麻絮的混合材料制备形成。
优选地，所述混合材料中的各个组分的重量份数如下所示：
聚苯乙烯4-10份；
沥青40份；
麻絮1份。
优选地，所述轨道主体的每侧均开设有多个所述应力释放孔。
优选地，所述轨道主体包括铺设于所述路基上的道床以及埋设于所述道床中的轨枕。
优选地，所述季冻区的轨道结构包括用于将所述轨枕固定于所述路基的固定件。
优选地，所述固定件呈倒u型结构，所述固定件夹持所述轨枕的端部，并且所述固定件延伸至所述路基内。
优选地，所述固定件包括：
一对固定杆，一对所述固定杆分别设置在所述轨枕的沿所述轨道主体的延伸方向的两侧，所述固定杆延伸至所述路基内；和
连接杆，所述连接杆连接在一对所述固定杆之间，并且所述连接杆抵靠于所述轨枕的顶面。
优选地，所述固定杆的延伸进入所述路基的深度不小于所述路基的冻深。
本发明第二方面提供一种轨道结构的施工方法，所述轨道结构包括路基以及铺设于所述路基上的轨道主体，所述施工方法包括以下步骤：
s10、在所述路基的裸露于所述轨道主体外的部分开设从表面沿所述路基的深度方向延伸的应力释放孔。
优选地，所述施工方法包括以下步骤：
s12、向所述应力释放孔中填充混合材料，其中，所述混合材料包括聚苯乙烯、沥青和麻絮。
优选地，所述轨道主体包括铺设于所述路基上的道床以及埋设于所述道床中的轨枕；所述施工方法包括以下步骤：
s20、使得呈倒u型结构的固定件夹持所述轨枕的端部，并且使得所述固定件延伸至所述路基内。
优选地，所述固定件包括一对固定杆和连接杆；在所述步骤s20中：
将一对固定杆分别设置在所述轨枕的沿所述轨道主体的延伸方向的两侧，并使得所述固定杆延伸至所述路基内；之后，将连接杆连接在一对所述固定杆之间，并且使得所述连接杆抵靠于所述轨枕的顶面。
附图说明
图1是本发明优选实施方式的季冻区的轨道结构的剖面结构示意图；
图2是图1所示的季冻区的轨道结构的侧视结构示意图；
图3是图1所示的季冻区的轨道结构的土体在相应条件下的冻胀量与时间的关系示意图。
附图标记说明
10-路基；100-应力释放孔；12-轨道主体；120-道床；122-轨枕；121-道砟；123-底碴；14-固定件；140-固定杆；142-连接杆。
具体实施方式
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合附图中所示的方位和实际应用中的方位理解，“内、外”是指部件的轮廓的内、外。
本发明提供了一种季冻区的轨道结构，所述季冻区的轨道结构包括路基10以及铺设于路基10上的轨道主体12，路基10的裸露于轨道主体12外的部分开设有从表面沿路基10的深度方向延伸的应力释放孔100。通过在路基10的裸露于轨道主体12外的部分开设从表面沿路基10的深度方向延伸的应力释放孔100，能够使得季冻区的路基10在冻胀过程中产生的纵向变形有效地转化为沿应力释放孔100的径向方向并朝向应力释放孔100的中心轴线收缩的横向变形，这样，使得季冻区的路基10的冻胀较为均匀，大大减少了冻胀对路基10的土体产生的作用，使得路基10的变形较小。其中，所提及的纵向变形可以理解为沿应力释放孔100的轴向方向产生的变形，横向变形可以理解为沿应力释放孔100的径向方向产生的变形。此外，路基10的裸露于轨道主体12外的部分可以理解为路肩。
结合图1和图2中所示，轨道主体12可包括铺设于路基10上的道床120以及埋设于道床120中的轨枕122，可以明白的是，轨枕122上方可铺设铁轨。另外，道床120可包括铺设于路基10上的底碴123和铺设于底碴123上的道砟121，这样，能够进一步提高道床120的整体稳固性。
为了进一步提高季冻区的路基10的冻胀均匀性，可使得应力释放孔100的深度不小于路基10的冻深，其中，冻深是指工程所在地，在地面平坦、裸露、城市之外的空旷场地中，不少于10年的实测冻结深度的平均值。
另外，可在应力释放孔100的孔口处设置能够遮盖所述孔口的孔盖，这样，可以防止外部的污染物尤其是雨水等进入到应力释放孔100中，有效的保护了应力释放孔100。
如图1中所示，可在轨道主体12的每侧均开设多个应力释放孔100，以进一步提高冻胀均匀性，使得冻胀对路基10的土体产生的作用进一步降低，从而进一步减小路基10的变形。此外，可使得应力释放孔100的孔洞率为1％-6％，进一步地，应力释放孔100的孔洞率为2％-5％，其中，孔洞率是指每千米的路基10上开设的应力释放孔100的总截面积(此处截面积是指垂直于应力释放孔100的轴线的面截取应力释放孔100的面的面积)与应力释放孔100所在的每千米的路基10的裸露于轨道主体12外的部分即路肩的总表面积的百分比值。
另外，可在应力释放孔100内设置弹性单元，这样，通过所述弹性单元的自身的弹性可减少路基10在冻胀作用下的通过应力释放孔100转化的横向变形以及路基10在冻胀作用下的产生的横向变形，从而进一步提高了季冻区的路基10的冻胀均匀性，使得路基10的变形较小，同时设置所述弹性单元还能够保证路基10的整体稳固性。
其中，可根据实际需求选择制备所述弹性单元的材料，只要使得所述弹性单元具备弹性即可。优选地，所述弹性单元可由包括聚苯乙烯、沥青和麻絮的混合材料制备形成。为了使得制备得到的所述弹性单元的效果更佳，所述混合材料中的各个组分的重量份数如下所示：
聚苯乙烯4-10份；
沥青40份；
麻絮1份。
需要指出的是，可将上述含有聚苯乙烯、沥青和麻絮的混合材料混合均匀后灌入到应力释放孔100中。
如图1中所示，所述季冻区的轨道结构可包括用于将轨枕122固定于路基10的固定件14，这样，即便是在冻胀作用下，也能够使得轨枕122与路基10的整体性保持的更好，另外，通过固定件14将轨枕122固定于路基10，能够减少轨道主体12在冻胀作用下产生的位移变形。
其中，固定件14的结构形式并不受到具体的限制，只要能够将轨枕122固定于路基10即可，优选地，可将固定件14设置为呈倒u型结构，固定件14可夹持轨枕122的端部，并且固定件14可延伸至路基10内。
结合图1和图2中所示，固定件14可包括一对固定杆140和连接杆142，一对固定杆140可分别设置在轨枕122的沿轨道主体12的延伸方向的两侧，固定杆140可延伸至路基10内；连接杆142可连接在一对固定杆140之间，并且连接杆142抵靠于轨枕122的顶面。通过将固定件14设置为上述结构，可便于固定件14夹持相应的轨枕122。其中，轨道主体12的延伸方向也可理解为铺设于轨枕122上的铁轨的延伸方向即车辆的行进方向。另外，为了避免固定件14对车辆的运行的影响，可使得连接杆142与轨枕122的端部的距离为190mm-200mm。此外，为了保证较好的形位，可使得一对固定杆140伸入路基10的深度保持一致。
为了进一步提高轨枕122与路基10之间的整体稳固性，固定杆140的延伸进入路基10的深度优选为不小于路基10的冻深，由此可进一步提高整个轨道结构的强度。其中，所提及的冻深在前述内容中已被提及，此处不再赘述。
本发明还提供了一种轨道结构的施工方法，该轨道结构的施工方法尤其适用于本发明提供的季冻区的轨道结构的施工方法。所述轨道结构可包括路基10以及铺设于路基10上的轨道主体12，所述施工方法优选包括以下步骤：
步骤s10、在路基10的裸露于轨道主体12外的部分即路肩开设从表面沿路基10的深度方向延伸的应力释放孔100。具体来讲，可在所述路肩的中部开设应力释放孔100，例如可利用钻孔机开设应力释放孔100。其中，应力释放孔100的孔径可根据路基10的横断面类型进行确定。
在所述步骤s10中，可使得开设的应力释放孔100的深度不小于路基10的冻深。另外，还可在应力释放孔100的孔口处设置能够遮盖所述孔口的孔盖。
在所述步骤s10中，可在轨道主体12的每侧均开设多个应力释放孔100，以进一步提高冻胀均匀性，使得冻胀对路基10的土体产生的作用进一步降低，从而进一步减小路基10的变形。此外，可使得应力释放孔100的孔洞率为1％-6％，进一步地，应力释放孔100的孔洞率为2％-5％，其中，孔洞率的计算方式在前述内容中已被提及，此处不再赘述。
另外，所述施工方法可包括以下步骤：
步骤s12、向应力释放孔100中填充混合材料，其中，所述混合材料包括聚苯乙烯、沥青和麻絮。可以理解的是，首先将包括聚苯乙烯、沥青和麻絮的混合材料混合均匀，然后将所述混合材料灌入应力释放孔100中。另外，所述混合材料中的各个组分的重量份数如下所示：
聚苯乙烯4-10份；
沥青40份；
麻絮1份。
可以理解的是，轨道主体12可包括铺设于路基10上的道床120以及埋设于道床120中的轨枕122；所述施工方法优选包括以下步骤：
步骤s20、使得呈倒u型结构的固定件14夹持轨枕122的端部，并且使得固定件14延伸至路基10内。其中，固定件14可包括一对固定杆140和连接杆142；在所述步骤s20中：可将一对固定杆140分别设置在轨枕122的沿轨道主体12的延伸方向的两侧，并使得固定杆140延伸至路基10内；之后，将连接杆142连接在一对固定杆140之间，并且使得连接杆142抵靠于轨枕122的顶面。具体来讲，将一对等长的钢钉插入到路基10内，然后将横梁连接在一对钢钉之间，最后旋拧螺栓，其中，钢钉的直径可为50mm。
在所述步骤s20中，为了避免固定件14对车辆的运行的影响，可使得连接杆142与轨枕122的端部的距离为190mm-200mm。此外，为了保证较好的行位，可使得一对固定杆140伸入路基10的深度保持一致。
下面将通过各个实施例和对比例进一步说明本发明的效果。
实施例
实施例1
以神华铁路神木北到朔州西之间的季冻区的路基为基础，在该路基10的裸露于轨道主体12外的部分即路肩处开设从表面沿路基10的深度方向延伸的应力释放孔100，其中，所开设的应力释放孔100的孔洞率为4％；在每个应力释放孔100中灌入混合材料以形成弹性单元，其中所述混合材料通过将重量份数为4份的聚苯乙烯、40份的沥青和1份的麻絮混合均匀得到。
实施例2
与实施例1相同，其中，所述混合材料包括重量份数为7份的聚苯乙烯，其余条件均不变。
实施例3
与实施例1相同，其中，所述混合材料包括重量份数为10份的聚苯乙烯，其余条件均不变。
对比例
与实施例1相同，其中，在路肩处不设置应力释放孔100，其余条件均不变。
试验例
在神华铁路神木北到朔州西之间的季冻区的路基处取实地土体并在实验室进行相关的模拟测试：首先去除所取的实地土体中的杂质；之后，使得实地土体过1mm筛；过筛后，将土体置于烘箱内8h至烘干，取烘干的土体并向其中加水拌和至土体的含水率为20.7％；然后将土体按压实度为0.93的要求，取土分五层压实于规格为高×直径＝150mm×150mm的冻胀筒，并使得压实的土体在-5℃的温度条件下，同时在压实的土体的表面处开设沿土体的深度方向延伸的孔(可认为该孔为应力释放孔)，其中开设的孔的孔洞率为4％，孔径为30mm，孔深为150mm；最后，向孔中灌入实施例中的混合材料。
通过数显式电子百分表分别测量实验室模拟实施例1-3以及对比例的冻胀量，然后通过计算冻胀量与冻深的比值得到土体的冻胀率，结果如下表1中所示。另外，通过数显式电子百分表在试验过程中等时间间隔测量冻胀量的方式分别得到实验室模拟实施例1-3以及对比例中的土体的冻胀量与时间的关系如图3中所示。
表1
通过上述表1中的相关数据可以得知，设置应力释放孔使得路基的冻胀率减少，由此可以得知，设置应力释放孔能够有效减少冻胀使得路基发生变形的作用。另外，由图3可以得知，设置应力释放孔使得路基的冻胀量减少，由此，进一步证明了设置应力释放孔能够有效减少冻胀使得路基产生变形的作用。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。