天龍山隋代石窟保護研究

□謝強 姚遠

前言

石窟寺是一種特殊的建筑形式，利用天然山間崖壁開鑿而成的洞穴類建筑，洞穴開鑿之后在洞中造像、壁面繪畫或放置泥塑像，供信仰者祭祀、禮贊、生活的場所，中國石窟寺的產生是隨著佛教在中國的傳播和發展而來。天龍山石窟，最早開鑿于北朝東魏時期（534年-550年），以后北齊、隋、唐和五代時期陸續開鑿，形成天龍山半山腰的洞窟主區和天龍山腳下溪水旁的千佛洞區。千佛洞區石窟因近水，洞窟內潮濕風化崩塌嚴重，洞窟內造像雕刻等僅現模糊形狀，幾乎盡數毀壞。半山腰石窟主區，開鑿于天龍山東、西兩峰的山腰間，東西綿延約500米，現存大小窟龕25個。本文謹以開鑿于隋代的天龍山石窟第8窟為例，試圖通過對第8窟的地質地貌的綜合研究，作出相應的石窟造像保護研究方案。

一、天龍山第8窟概要

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

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

窟室仿木構建筑，前廊后室，外部三開間，寬4.26米，進深1.70米，前廊地面至撩檐枋3.55米。前廊共有4根圓形立柱，柱礎有收分，但表面分化嚴重。外側二根立柱依山體雕鑿成半圓形，中間兩根立柱為圓雕，西側立柱因雨淋風化、石質易損，已經斷裂殘損，只殘存上半段。立柱之上設櫨斗，櫨斗之上承托替木及撩檐枋，上承斗栱、人字形叉手，風化嚴重。

廊下南向正壁開窟門，兩側原各有力士一尊，現僅存力士痕跡，身體大部損失。窟門性質為雙重式，外門圓拱形狀。高1.94米，寬1.33米，厚0.75米，兩側雕圓形門柱，柱頭做束帛式，并裝飾蓮臺，柱前各雕蹲獅一尊，風化嚴重。門梁拱形，門楣尖拱并較寬大。內門門檻較高，尖拱門楣，中間刻火焰寶珠。

內部結構為中心塔柱式，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于北魏時期開鑿的山西大同云岡石窟。隋朝歷文、煬兩帝，國祚只有短短的37年，卻是自西晉后長達300余年分裂之后的大一統時期。當時開鑿石窟，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窟自然環境狀況

天龍山石窟自然環境存在以下狀況：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氣候區，全年盛行偏北風，平均風速2.6m/s，冬春兩季風多風速疾馳迅捷，夏秋兩季則風速平穩柔和。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。石窟區域溝谷縱橫，溪流遍地，適合植物生長，因此綠樹蔥郁，森林覆蓋率達70%。

1.地質分析

第8窟位于東峰北麓山崖巖壁上，地形單元屬二疊紀天龍寺組地層崖壁，地質情況復雜。主要成分有石炭、二疊紀砂巖、砂頁巖及其風化物，大部分是基巖裸露的山體，同時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，由于自然風化、軟弱層沉陷和松樹根系的滲透、劈開作用，因此存在較大的巖體裂隙發育[1]，主要走向為北東向和北西向，傾向多為東南方向和東北方向，大部分裂隙傾角達到80°到90°，其中西北向裂隙密度較大。

第8窟裂隙大多出現在石崖的一側，稱為大塊山石裂縫，裂隙走向為北向偏西約40°，裂縫寬度100mm以上，填充物為石塊、風化物、泥土和松樹等植物根系。在巖石四周與山體完全裂開，有的甚至底部部分懸空，形成卸荷裂隙，此類走向多為北西向，裂隙寬度100mm以上，填充物為石塊、泥土和松樹根系，此類危巖穩定性較差。

第8窟巖石因表層風化，還存在細小裂隙，寬度為幾毫米，甚至根本沒有張開，裂隙長度不一，分布沒有規律，填充物多為塵土、風化物，此類裂隙直接對洞窟石佛造像的保存構成威脅。

2.水文特征

天龍山石窟周邊是地下水逕流排泄區[2]，各個山谷間有出水量大小不等的上升泉，產生層位在二疊紀上統，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化殼和地層砂巖的成巖裂隙，構造裂隙和風化裂隙中，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，化學類型多為型水[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，地下水賦存于巖石碎屑和松散沉積物空隙中，各層含水層沒有統一的地下水位，富水性好，水位很淺，礦化度0.5g/L，pH值7.1，為弱堿性水，化學類型為型水。

第8窟巖體上松樹根系發育極盛，再加長期的雨水沖刷，因此第8窟又稱為“水簾洞”，四壁經常有后山的滲水，滲水嚴重時，在地面的低位可看到小水洼。第8窟內空氣相對濕度變化較大：夏秋兩季，石窟洞內潮濕，空氣相對濕度大于80%。冬春兩季，由于降雨減少，季風強勁，則石窟洞內空氣相對濕度只有60%左右。

3.巖石物理性質

通過X射線衍射物相分析[4]與X射線熒光化學成分分析[5]，結果顯示第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%，膠結程度較好，膠結物以硅質最常見，化學成分以SiO2為主，說明巖石抗風化程度中等。

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，耐崩解性指數較低[7]。經測試巖石烘干、飽和狀態下表面硬度分別為：48.7～51.0和37.5～39.4，表面硬度屬中等偏下。

通過對天龍山第8窟的自然環境、水文特征、巖石孔隙、裂隙等物理性質的分析，得出：第8窟開鑿于二疊紀地層，地質情況復雜，巖體裂隙發育旺盛。巖體孔隙式膠結物，主要成分為硅質。抗風化能力中等，表面硬度中等偏下。受集中富水區和地下水徑流排泄區的影響，在風吹、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，洞窟內滲水，崩塌和石雕造像有不同程度的風化剝落。

三、天龍山第8窟保護設計依據和原則

依據《中華人民共和國文物保護法》中關于文物保護依照“搶救第一、保護為主”的原則，綜合考慮第8窟造像區的保存現狀，應將危巖加固、防滲工程放在石窟保護的首位。針對第8窟巖體裂隙發育程度旺盛，在進行危巖治理、防滲工程實施過程中，必須進行實驗性施工。在具備成功治理經驗的基礎上，方可進行大規模的工程實踐。因此，第8窟的保護工程第一階段，應定性為試驗性方案設計、施工，并做好檢測、評價、論證工作。

在方案制定過程中，應考慮到石窟周邊珍稀樹木、植被分布對石窟的影響，在保護植被的同時，減少植被根系對巖體的分裂作用。同時適當調整參觀路線，增加石窟周邊的防護設施，減少人為因素對造像的損壞和影響。

四、天龍山第8窟保護思路和措施

1.危巖加固

第8窟上部，東、西兩面危巖體，可采用錨桿支護和下托支撐相結合的工程技術，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，為防止跑漿可適當加入水溶性硅酸鈉鹽以提高粘稠度并縮短固化時間。

2.裂隙灌漿

第8窟外部有較大型危巖之外，還有數量眾多的裂隙發育，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（俗稱水玻璃）為主劑，適當加入碳酸氫鈉（小蘇打）以調節硅酸鹽凝結時間。

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

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，要合理規劃、妥善處理植被及其根系。可先期遷移或清除大型樹木，待防滲系統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、鋪設柔性防滲材料和構筑排水系統相結合的工程技術手段，使頂部形成一個相對完整的斜坡面。從而引導和加速頂部雨水排泄過程，截斷降水給石窟區域的補水途徑。通過封堵裂隙，改變裂隙滲水方向。

同時，疏通和改變石窟底部排水系統，引導雨水有序排放，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浸水、化學風化等病害現象。

通過危巖加固、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育、孔隙水滲漏、風化。

五、結束語

天龍山隋代石窟，即第8窟的保護工程，即是專業技術工程，同時也是一項文物保護的研究工作。工程中設計工作方案、施工圖紙或施工文件，應隨著施工進度與現場實際情況，及時進行分析、研究，確定補充、調整或變更設計方案，解決發現的新問題。同時嚴格執行隨工程進展建立完善的表格登記制度，隨時收集整理現場工作資料。

文物保護工作不是簡單的工程項目，而是一項意義深遠的多學科協調配合綜合工程，在施工過程中，必須要具有嚴密的施工管理組織機構，對工程設計保護技術問題進行認真分析研究，制定科學合理的施工方案，精心組織施工。

[1]所謂裂隙發育，即是指由于巖性、構造及氣候原因受風化改造作用大，由于風化作用，水的溶蝕以及地質構造作用產生了較多、較明顯的裂縫。出現這種發育狀況的巖石，就是裂隙發育的巖石。

[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]地下水的化學類型，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射線在晶體物質中的衍射效應進行物質結構分析的技術。

[5]X射線熒光分析是確定物質中微量元素的種類和含量的一種方法，又稱X射線次級發射光譜分析，是利用原級X射線光子或其它微觀粒子激發待測物質中的原子，使之產生次級的特征X射線(X光熒光)而進行物質成分分析和化學態研究。

[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量與巖石干重之比值。它反映巖石中、小裂隙的發育程度。

[7]巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時失去粘結力，完全喪失強度時的松散物質的性質。一般用耐崩解性指數表示。

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