天龍山隋代石窟保護(hù)研究

□謝強(qiáng) 姚遠(yuǎn)

前言

石窟寺是一種特殊的建筑形式，利用天然山間崖壁開(kāi)鑿而成的洞穴類(lèi)建筑，洞穴開(kāi)鑿之后在洞中造像、壁面繪畫(huà)或放置泥塑像，供信仰者祭祀、禮贊、生活的場(chǎng)所，中國(guó)石窟寺的產(chǎn)生是隨著佛教在中國(guó)的傳播和發(fā)展而來(lái)。天龍山石窟，最早開(kāi)鑿于北朝東魏時(shí)期（534年-550年），以后北齊、隋、唐和五代時(shí)期陸續(xù)開(kāi)鑿，形成天龍山半山腰的洞窟主區(qū)和天龍山腳下溪水旁的千佛洞區(qū)。千佛洞區(qū)石窟因近水，洞窟內(nèi)潮濕風(fēng)化崩塌嚴(yán)重，洞窟內(nèi)造像雕刻等僅現(xiàn)模糊形狀，幾乎盡數(shù)毀壞。半山腰石窟主區(qū)，開(kāi)鑿于天龍山東、西兩峰的山腰間，東西綿延約500米，現(xiàn)存大小窟龕25個(gè)。本文謹(jǐn)以開(kāi)鑿于隋代的天龍山石窟第8窟為例，試圖通過(guò)對(duì)第8窟的地質(zhì)地貌的綜合研究，作出相應(yīng)的石窟造像保護(hù)研究方案。

一、天龍山第8窟概要

天龍山第8窟，位于東峰半山腰轉(zhuǎn)角處，石窟外部仿隋代木構(gòu)建筑，左側(cè)門(mén)邊有殘損碑刻題記，明確記載本窟開(kāi)鑿于隋開(kāi)皇四年（584年）十月十□，功德主是儀同三司真定縣開(kāi)國(guó)公劉瑞。碑文內(nèi)容還記載了劉瑞等人為隋文帝楊堅(jiān)、獨(dú)孤皇后、太子楊勇、晉王楊廣祈福的祝辭：“凈業(yè)仰祚天朝，圣上壽等乾興，皇后季均厚載，儲(chǔ)君宮體明離□，晉王則磬石之安......”天龍山第8窟是25個(gè)石窟中唯一明確開(kāi)鑿年代的石窟。

公元581年隋文帝稱(chēng)帝，同年冊(cè)封次子楊廣為晉王，封地在晉陽(yáng)。因文帝楊堅(jiān)信奉佛教，大興佛法，于仁壽元年（601年）、仁壽二年、四年三次昭告天下，各州按照標(biāo)準(zhǔn)圖紙興建佛寺、塔剎。晉王楊廣深受其父親的影響，也對(duì)佛教尊崇有加。天龍山第8窟即是在這樣的背景下開(kāi)鑿修建的。

窟室仿木構(gòu)建筑，前廊后室，外部三開(kāi)間，寬4.26米，進(jìn)深1.70米，前廊地面至撩檐枋3.55米。前廊共有4根圓形立柱，柱礎(chǔ)有收分，但表面分化嚴(yán)重。外側(cè)二根立柱依山體雕鑿成半圓形，中間兩根立柱為圓雕，西側(cè)立柱因雨淋風(fēng)化、石質(zhì)易損，已經(jīng)斷裂殘損，只殘存上半段。立柱之上設(shè)櫨斗，櫨斗之上承托替木及撩檐枋，上承斗栱、人字形叉手，風(fēng)化嚴(yán)重。

廊下南向正壁開(kāi)窟門(mén)，兩側(cè)原各有力士一尊，現(xiàn)僅存力士痕跡，身體大部損失?？唛T(mén)性質(zhì)為雙重式，外門(mén)圓拱形狀。高1.94米，寬1.33米，厚0.75米，兩側(cè)雕圓形門(mén)柱，柱頭做束帛式，并裝飾蓮臺(tái)，柱前各雕蹲獅一尊，風(fēng)化嚴(yán)重。門(mén)梁拱形，門(mén)楣尖拱并較寬大。內(nèi)門(mén)門(mén)檻較高，尖拱門(mén)楣，中間刻火焰寶珠。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)為中心塔柱式，也是天龍山唯一有中心塔柱的石窟。這種特殊的石窟形制常見(jiàn)于北魏時(shí)期開(kāi)鑿的山西大同云岡石窟。隋朝歷文、煬兩帝，國(guó)祚只有短短的37年，卻是自西晉后長(zhǎng)達(dá)300余年分裂之后的大一統(tǒng)時(shí)期。當(dāng)時(shí)開(kāi)鑿石窟，多沿襲印度佛教以塔剎為寺院建筑中心的支提式，也稱(chēng)為“制底”形式。早期印度佛教建筑中，塔剎在佛寺的中心或主要位置上，在石窟開(kāi)鑿中，一般位于石窟中心，成為中心塔柱。

二、天龍山第8窟自然環(huán)境狀況

天龍山石窟自然環(huán)境存在以下?tīng)顩r：天龍山石窟地處太原西山坳陷的東南邊緣一帶，山峰海拔高度約1400米。為暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，全年盛行偏北風(fēng)，平均風(fēng)速2.6m/s，冬春兩季風(fēng)多風(fēng)速疾馳迅捷，夏秋兩季則風(fēng)速平穩(wěn)柔和。平均氣溫9°C，年平均降水量為511mm，降水量多集中在每年的夏秋兩季。石窟區(qū)域溝谷縱橫，溪流遍地，適合植物生長(zhǎng)，因此綠樹(shù)蔥郁，森林覆蓋率達(dá)70%。

1.地質(zhì)分析

第8窟位于東峰北麓山崖巖壁上，地形單元屬二疊紀(jì)天龍寺組地層崖壁，地質(zhì)情況復(fù)雜。主要成分有石炭、二疊紀(jì)砂巖、砂頁(yè)巖及其風(fēng)化物，大部分是基巖裸露的山體，同時(shí)還有零星的黃土及厚度不等的殘坡積物覆蓋層，形成以陸源碎屑沉積為主的沉積巖，巖性差別很大。

第8窟，由于自然風(fēng)化、軟弱層沉陷和松樹(shù)根系的滲透、劈開(kāi)作用，因此存在較大的巖體裂隙發(fā)育[1]，主要走向?yàn)楸睎|向和北西向，傾向多為東南方向和東北方向，大部分裂隙傾角達(dá)到80°到90°，其中西北向裂隙密度較大。

第8窟裂隙大多出現(xiàn)在石崖的一側(cè)，稱(chēng)為大塊山石裂縫，裂隙走向?yàn)楸毕蚱骷s40°，裂縫寬度100mm以上，填充物為石塊、風(fēng)化物、泥土和松樹(shù)等植物根系。在巖石四周與山體完全裂開(kāi)，有的甚至底部部分懸空，形成卸荷裂隙，此類(lèi)走向多為北西向，裂隙寬度100mm以上，填充物為石塊、泥土和松樹(shù)根系，此類(lèi)危巖穩(wěn)定性較差。

第8窟巖石因表層風(fēng)化，還存在細(xì)小裂隙，寬度為幾毫米，甚至根本沒(méi)有張開(kāi)，裂隙長(zhǎng)度不一，分布沒(méi)有規(guī)律，填充物多為塵土、風(fēng)化物，此類(lèi)裂隙直接對(duì)洞窟石佛造像的保存構(gòu)成威脅。

2.水文特征

天龍山石窟周邊是地下水逕流排泄區(qū)[2]，各個(gè)山谷間有出水量大小不等的上升泉，產(chǎn)生層位在二疊紀(jì)上統(tǒng)，呈弱堿性，位于天龍山第8窟和第9窟之間的白龍洞泉，是其中出水量較大的一眼泉水。這些大大小小的泉水匯聚在山腳下形成柳子溝河，由西向東流入汾河，整個(gè)天龍山石窟屬黃河水系。

天龍山地下水以裂隙水分布為主，同時(shí)分布有少量的孔隙水。裂隙水：天龍山裂隙水含水層為基巖風(fēng)化殼和地層砂巖的成巖裂隙，構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙中，富水程度差異很大，鉆孔單位用水量為0.00078～0.091 L/S·m，地下水位深度隨地形而變化，化學(xué)類(lèi)型多為型水[3]，礦化度低，pH7.6，為堿性水[7～8]。孔隙水：天龍山孔隙水含水層為松散巖類(lèi)，地下水賦存于巖石碎屑和松散沉積物空隙中，各層含水層沒(méi)有統(tǒng)一的地下水位，富水性好，水位很淺，礦化度0.5g/L，pH值7.1，為弱堿性水，化學(xué)類(lèi)型為型水。

第8窟巖體上松樹(shù)根系發(fā)育極盛，再加長(zhǎng)期的雨水沖刷，因此第8窟又稱(chēng)為“水簾洞”，四壁經(jīng)常有后山的滲水，滲水嚴(yán)重時(shí)，在地面的低位可看到小水洼。第8窟內(nèi)空氣相對(duì)濕度變化較大：夏秋兩季，石窟洞內(nèi)潮濕，空氣相對(duì)濕度大于80%。冬春兩季，由于降雨減少，季風(fēng)強(qiáng)勁，則石窟洞內(nèi)空氣相對(duì)濕度只有60%左右。

3.巖石物理性質(zhì)

通過(guò)X射線(xiàn)衍射物相分析[4]與X射線(xiàn)熒光化學(xué)成分分析[5]，結(jié)果顯示第8窟巖樣成分顆粒密度為2.63g/cm3，接近于石英密度，為粗、中粒石英砂巖。巖石中有少量的孔隙和裂隙，孔隙率為6.43%～7.63%，膠結(jié)程度較好，膠結(jié)物以硅質(zhì)最常見(jiàn)，化學(xué)成分以SiO2為主，說(shuō)明巖石抗風(fēng)化程度中等。

因巖石中存在孔隙和裂隙，加大了飽和吸水率[6]，因此抗凍性能較差，耐崩解性指數(shù)較低[7]。經(jīng)測(cè)試巖石烘干、飽和狀態(tài)下表面硬度分別為：48.7～51.0和37.5～39.4，表面硬度屬中等偏下。

通過(guò)對(duì)天龍山第8窟的自然環(huán)境、水文特征、巖石孔隙、裂隙等物理性質(zhì)的分析，得出：第8窟開(kāi)鑿于二疊紀(jì)地層，地質(zhì)情況復(fù)雜，巖體裂隙發(fā)育旺盛。巖體孔隙式膠結(jié)物，主要成分為硅質(zhì)?？癸L(fēng)化能力中等，表面硬度中等偏下。受集中富水區(qū)和地下水徑流排泄區(qū)的影響，在風(fēng)吹、日曬、雨淋等自然因素的侵蝕和人為因素的破壞下，第8窟造像表面異常疏松，洞窟內(nèi)滲水，崩塌和石雕造像有不同程度的風(fēng)化剝落。

三、天龍山第8窟保護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)和原則

依據(jù)《中華人民共和國(guó)文物保護(hù)法》中關(guān)于文物保護(hù)依照“搶救第一、保護(hù)為主”的原則，綜合考慮第8窟造像區(qū)的保存現(xiàn)狀，應(yīng)將危巖加固、防滲工程放在石窟保護(hù)的首位。針對(duì)第8窟巖體裂隙發(fā)育程度旺盛，在進(jìn)行危巖治理、防滲工程實(shí)施過(guò)程中，必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性施工。在具備成功治理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，方可進(jìn)行大規(guī)模的工程實(shí)踐。因此，第8窟的保護(hù)工程第一階段，應(yīng)定性為試驗(yàn)性方案設(shè)計(jì)、施工，并做好檢測(cè)、評(píng)價(jià)、論證工作。

在方案制定過(guò)程中，應(yīng)考慮到石窟周邊珍稀樹(shù)木、植被分布對(duì)石窟的影響，在保護(hù)植被的同時(shí)，減少植被根系對(duì)巖體的分裂作用。同時(shí)適當(dāng)調(diào)整參觀路線(xiàn)，增加石窟周邊的防護(hù)設(shè)施，減少人為因素對(duì)造像的損壞和影響。

四、天龍山第8窟保護(hù)思路和措施

1.危巖加固

第8窟上部，東、西兩面危巖體，可采用錨桿支護(hù)和下托支撐相結(jié)合的工程技術(shù)，用鋼筋作為加筋件，依靠巖體和錨桿之間的摩擦作用，使用水泥砂漿將分裂的兩片巖體結(jié)合成整體。為防止漏漿，可采用快速水泥和二次成孔[8]的技術(shù)手段。所有工程考慮隱蔽、表面做舊處理，以不影響石窟周邊的自然環(huán)境的總體欣賞效果為前提。

錨固材料，視其使用位置危巖的大小，裂隙角度等因素，可使用不同尺寸、規(guī)格的熱軋螺紋鋼筋，使用前表面做除銹處理。錨固砂漿選用525﹟普通硅酸鹽水泥，填料選＜2毫米的水洗沙粒，為防止跑漿可適當(dāng)加入水溶性硅酸鈉鹽以提高粘稠度并縮短固化時(shí)間。

2.裂隙灌漿

第8窟外部有較大型危巖之外，還有數(shù)量眾多的裂隙發(fā)育，可采用裂隙灌漿的方法處理。大裂隙采用單液硅酸鹽漿材，一般以含水硅酸鈉（俗稱(chēng)水玻璃）為主劑，適當(dāng)加入碳酸氫鈉（小蘇打）以調(diào)節(jié)硅酸鹽凝結(jié)時(shí)間。

微小裂隙灌漿，制作特殊的灌漿注射清液，主要由超細(xì)耐硫酸鹽水泥（礦渣水泥）組成。耐硫酸鹽水泥具有堿性低、抗硫酸鹽，同時(shí)具有良好的流動(dòng)性，凝固時(shí)不分層，可以進(jìn)入到微小裂隙中。耐硫酸鹽水泥對(duì)施工基面要求不高，適合潮濕環(huán)境的使用。凝固后表面防水，耐酸、堿侵蝕，有較強(qiáng)的抵抗風(fēng)化和冰凍的能力。

3.石窟頂部防滲、防水工程

第8窟頂部生長(zhǎng)著大量松、柏、落葉灌木及大量的草本植物，做窟頂防水工程之前，要合理規(guī)劃、妥善處理植被及其根系?？上绕谶w移或清除大型樹(shù)木，待防滲系統(tǒng)完工后以小型灌木和地被植物代替。

在石窟頂部采用溝槽填充、混凝土墊層、鋪設(shè)柔性防滲材料和構(gòu)筑排水系統(tǒng)相結(jié)合的工程技術(shù)手段，使頂部形成一個(gè)相對(duì)完整的斜坡面。從而引導(dǎo)和加速頂部雨水排泄過(guò)程，截?cái)嘟邓o石窟區(qū)域的補(bǔ)水途徑。通過(guò)封堵裂隙，改變裂隙滲水方向。

同時(shí)，疏通和改變石窟底部排水系統(tǒng)，引導(dǎo)雨水有序排放，有效降低石窟周邊的地下水位，從根本上解決由于滲水引起的石窟內(nèi)浸水、化學(xué)風(fēng)化等病害現(xiàn)象。

通過(guò)危巖加固、裂隙灌漿、頂部防滲、防水等工程措施，有效解決第8窟周邊的巖石裂隙發(fā)育、孔隙水滲漏、風(fēng)化。

五、結(jié)束語(yǔ)

天龍山隋代石窟，即第8窟的保護(hù)工程，即是專(zhuān)業(yè)技術(shù)工程，同時(shí)也是一項(xiàng)文物保護(hù)的研究工作。工程中設(shè)計(jì)工作方案、施工圖紙或施工文件，應(yīng)隨著施工進(jìn)度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，及時(shí)進(jìn)行分析、研究，確定補(bǔ)充、調(diào)整或變更設(shè)計(jì)方案，解決發(fā)現(xiàn)的新問(wèn)題。同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行隨工程進(jìn)展建立完善的表格登記制度，隨時(shí)收集整理現(xiàn)場(chǎng)工作資料。

文物保護(hù)工作不是簡(jiǎn)單的工程項(xiàng)目，而是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的多學(xué)科協(xié)調(diào)配合綜合工程，在施工過(guò)程中，必須要具有嚴(yán)密的施工管理組織機(jī)構(gòu)，對(duì)工程設(shè)計(jì)保護(hù)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真分析研究，制定科學(xué)合理的施工方案，精心組織施工。

[1]所謂裂隙發(fā)育，即是指由于巖性、構(gòu)造及氣候原因受風(fēng)化改造作用大，由于風(fēng)化作用，水的溶蝕以及地質(zhì)構(gòu)造作用產(chǎn)生了較多、較明顯的裂縫。出現(xiàn)這種發(fā)育狀況的巖石，就是裂隙發(fā)育的巖石。

[2]降水后在地面形成的水流，以及含水層的地下水向外部排泄的范圍。

[3]地下水的化學(xué)類(lèi)型，水中這些金屬或者酸根都是以離子形式存在的，這些符號(hào)表示的就是水中含有的元素，含有鈉離子、鈣離子和硫酸根離子。

[4]利用X射線(xiàn)在晶體物質(zhì)中的衍射效應(yīng)進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)。

[5]X射線(xiàn)熒光分析是確定物質(zhì)中微量元素的種類(lèi)和含量的一種方法，又稱(chēng)X射線(xiàn)次級(jí)發(fā)射光譜分析，是利用原級(jí)X射線(xiàn)光子或其它微觀粒子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生次級(jí)的特征X射線(xiàn)(X光熒光)而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究。

[6]巖石飽和吸水率是單位體積巖石在150×10^5帕下或真空條件下吸收水的質(zhì)量與巖石干重之比值。它反映巖石中、小裂隙的發(fā)育程度。

[7]巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時(shí)失去粘結(jié)力，完全喪失強(qiáng)度時(shí)的松散物質(zhì)的性質(zhì)。一般用耐崩解性指數(shù)表示。

[8]選用小直徑旋挖鉆頭鉆進(jìn)，小直徑樁成孔后，先迅速回收小直徑加長(zhǎng)鋼護(hù)筒，再下放大直徑加長(zhǎng)鋼護(hù)筒全程跟進(jìn)，然后換用大直徑旋挖鉆頭二次擴(kuò)孔的施工技術(shù)。