三游洞摩崖題刻水害及其治理措施

李青 文加松 麻潤杰

摘 要：三游洞摩崖題刻為全國第六批重點文物保護單位，是三峽地區迄今為止保存數量最多、歷史跨度最大的摩崖石刻，具有極高的價值。在各種因素影響下，三游洞摩崖題刻出現了裂隙滲水、凝結水以及崖壁雨水掛流3種類型的水害。受水害影響，三游洞題刻風化嚴重。本文研究3種水害的形成機理，繼而提出了相應的治理措施。

關鍵詞：三游洞摩崖題刻；水害；治理措施

1 引言

三游洞位于西陵峽外，距宜昌市10km左右，背靠長江西陵峽口，面臨下牢溪，洞坐北朝南，寬約20m，深約30m，高約6m，其中有三根似圓若方的鐘乳石柱，垂直平行橫列，將洞隔成相通的前后兩室[1]。洞內外保存有宋代歐陽修題記、明代重刻之《三游洞序》等各種壁刻和碑文40余件。三游洞摩崖題刻是三峽地區迄今為止保存數量最多、歷史跨度最大的摩崖石刻，作為摩崖題刻類古文化遺存，三游洞具有極高的歷史、文化及藝術價值[1，2]。近千年來，在長期的自然營力和人類活動作用影響下，出現嚴重的水害，題刻風化加劇，本文查明了題刻區的水害類型及成因，并提出治理措施。

2 區域水文地質條件

三游洞題刻區為巖溶地貌，地層主要由第四系覆蓋層和寒武系上統三游洞群（C3sn）白云質灰巖、灰巖組成。根據地下水的賦存條件、水理性質及水力特征，區內地下水可劃分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水兩類，分別賦存于上覆第四系殘坡積物層及下伏三游洞組白云質灰巖。

區內大氣降水及生活用水在重力作用下垂直下滲補給覆蓋于三游洞頂部的殘坡積層，由于該層具有一定的孔隙，形成松散巖類孔隙水。該層土所儲水量有限，可形成季節性泉水，沿第四紀覆蓋層及下伏基巖層交界面處以掛流的形式出露。由于整個區內的最低排泄基準面位于長江，故更多的滲水將以巴楚樂宮及至喜亭一帶的分水嶺為界，向兩側沿著前期溶蝕形成的通道及構造裂隙繼續下滲，直至遇到第一套細晶白云巖層，因該層可溶性及滲透性均較差，故上部水流滲流至該層時流向發生突變，主要沿兩套地層的接觸面發生向最低排泄基準面的流動。當有裂隙切穿該弱透水層時，沿層面流動的水會繼續下滲，直至遇到第二套細晶白云巖時，流向再次轉為沿層面流動。當具備一定的排泄空間時，沿層面流動的水流將出露形成泉點。可將發育于上述這套白云質灰巖中的地下水定義為碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。由于該區內巖層整體北東傾，這決定了地下水沿層面的流動只能朝北東向，故其出露的地點更多只能在區內北東側（下牢溪側），與現場泉眼調查結果相吻合。

3 水害類型及其成因分析

三游洞題刻區地處下牢溪與長江干流中間半島，水文地質條件相對獨立，其主要水害來源為大氣降水被覆蓋層吸收、貯存和下滲出露。經過年代漫長的侵蝕、沖刷，三游洞題刻區山體已經形成了規模較大的滲水路徑和穩定的水害出露點。長期的雨水侵蝕和沖刷對石刻文物的保護造成了嚴重的損壞和不利影響。水害的溶蝕和沖刷在山體形成大量溶洞，當發展到一定規模時將對石刻區的整體或局部穩定造成現在威脅；水害的出露在石刻表層造成干濕交替的環境，加速巖體風化，不利于石刻文物的長久保存；潮濕的環境給苔蘚及各類微生物提供了良好的生存條件，生物的生長加速石刻文物的風化破壞，且死后造成石刻文物表面氧化，形成黑斑，嚴重影響文物外觀。

根據調查統計，三游洞題刻區水害主要類型有裂隙滲水、凝結水以及崖壁雨水掛流。在各類水害綜合作用下，三游洞題刻的賦存環境受到嚴重威脅。為更好地為三游洞水害治理提供依據，需要對各類水害形成機理進行分析。

3.1 裂隙滲水及其成因分析

三游洞分內外兩個洞室，兩個洞室間由石梯相連接。外洞室開闊明亮，長底板基巖為細晶白云巖。內洞室相對狹窄，底面由人工填土及白云質灰巖構成。裂隙切割是三游洞內題刻保護面臨的主要問題，由裂隙控制的洞室滲水環境，導致東壁、南壁多數題刻碳酸鈣附著、地下水滲出、苔蘚大量滋生等。洞內三根石柱的內外側亦是裂隙切割導致滲水加劇的重災區。圍繞三根石柱共發育有9條重要滲水裂隙：其中外室4條，其中2條是滲水關鍵性裂隙；內室5條，其中2條基本控制了內室柱二、三內側及柱一內的滲水環境。

由于三游洞頂板以上巖體與西陵山體隔離，區內滲水主要靠來自洞頂平臺的匯水補給，洞區完整白云巖地層橫向水力聯系差，由層面裂隙、卸荷裂隙組成的裂隙網絡便成為洞區滲水的載體，主導著滲水通道的發育。層面裂隙多為貫通型結構面，是巖體中近水平方向的主要滲透通道[3]，其張開度較好，裂隙中充填物因其工程性質與巖體存在巨大差異，且易被地下水溶解，故層面裂隙通常會發育成良好的滲水通道。卸荷裂隙為張性裂隙，結構面粗糙，產狀與立壁面近平行，幾乎垂直方向切割層面裂隙，為大氣降水入滲和匯聚創造了很好的條件，卸荷裂隙在洞內與洞壁面相交，是洞窟內滲水出露的主要渠道[3]。控制目前三游洞區內滲水的裂隙主要為平行于崖壁方向的卸荷裂隙，該裂隙隙寬較大，向上延伸切穿洞頂細晶白云巖夾層，導致三游洞頂板上部順層流動的地下水通過高角度裂隙向下滲流，最終出露于洞室內，導致崖壁滲水、漏水，巖石軟化，繼而對洞內題刻造成破壞。

3.2 凝結水及其成因分析

凝結水的影響與題刻距地面的高度息息相關。據現場調查，凝結水影響范圍一般集中在0.2m～1.5m范圍內。受凝結水影響的題刻，主要集中在外室南壁、內室北壁。這些題刻表面一般風化嚴重，褪色、溶蝕現象明顯，局部掉塊，有墨綠色休眠苔蘚附著。

區內高濕度氣候，洞區內空氣濕度大，促進水汽凝結。凝結水的產生主要依靠兩種形式。一種是潮濕空氣的水汽：冬季寒冷水汽容易達到露點，使潮濕空氣中的水變成凝結水附于巖石表面，對巖石表面產生侵蝕和凍脹破壞。另一種是賦存于巖石包氣帶的孔隙和裂隙之中的地下水在地溫場作用下，蒸騰形成水汽，這部分水汽隨著溫度的降低也會產生凝結水，從而對巖石產生侵蝕和凍脹破壞[4]。

3.3 崖壁雨水掛流及其成因分析

三游洞部分題刻處于洞外露天崖壁上，崖壁并無額外遮擋疏水工程措施，降水產生的地表徑流匯集起來順崖壁沖刷題刻，導致題刻修復顏料脫色，污染題刻表面，表面字跡不清字體缺失，苔蘚及其它植被覆蓋，影響題刻美觀。同時，三游洞陡崖前緣的巖石受雨水掛流影響，周期濕水軟化，巖石抗拉強度低，大多數處于弱風化和強風化狀態[5]。

4 水害治理措施

針對三游洞區域內水害類型特征，從其形成機理出發，有的放矢地采取相關措施應對水害。

4.1 裂隙滲水治理措施

裂隙滲水的治理主要采取灌漿對滲水裂隙通道進行封堵，一種堵的方法是堵入口，治理的關鍵在于對主要入滲部位的層面裂隙及卸荷裂隙進行封堵。另一種堵的方法是堵出口，主要針對洞窟內部題刻周邊的可見裂隙，特別是滲水裂隙進行灌漿、封堵。注漿材料采用無析鹽危害的水硬性石灰漿液或偏高嶺土復合灌漿料，在注漿施工前需進行灌漿材料試驗，通過室內試驗和現場灌漿試驗，對比各裂隙開度下各種漿液的灌漿效果，確定最終灌漿材料和壓力、注漿孔布置等工藝參數。

考慮到洞內滲水主要靠來自洞頂平臺的匯水補給，對三游洞山頂區域進行防水處理。對于防滲層的設計，要通過現場測試及模型試驗研究清楚洞窟頂部覆蓋層的覆蓋物成分、滲透性、厚度分布等，確定需處理的地段，選擇適宜的防滲處理措施，并結合排水進行，本工程防滲采用膨潤土防水毯。同時進行綠化恢復，以便與環境協調。

由裂隙滲水引起的題刻表面苔蘚、鐘乳石覆蓋及溶蝕加劇等病害，可以考慮在題刻四周開鑿導水槽，引導滲水排泄。

4.2 凝結水治理措施

提高洞內水汽環境的穩定性，是減輕凝結水和殘留孔隙水凍融危害的重要措施，對具有較大縱深的洞窟尤其重要[6，7]。2008年，黃繼忠在云岡石窟凝結水水害治理研究中發現，相對濕度隨天氣變化快，是凝結水形成最為重要的因子，只要降低相對濕度，便能有效地控制水汽在巖壁上凝結[7]。因此，可在凝結水產出量較大的巖壁附近布設除濕機改變洞內局部水汽環境，區域相對濕度的降低破壞了凝結水形成的條件，有效地阻止了巖壁上凝結水的生成，從而消除凝結水對題刻的危害。

對于因受凝結水影響而衍生出諸如風化褪色、苔蘚附著等病害的巖壁、題刻，在嚴格區分后，只清洗受污染表面。如有需要，可采用耐風化、耐溶蝕材料臨摹題刻。對于價值意義較高的題刻，可采取適當的隔離手段，避免與空氣的直接接觸。

4.3 崖壁雨水掛流治理措施

題刻原有的雨水防護措施分為兩類：龕檐和導流槽，龕檐能防止雨水的直接澆灌和隔斷巖壁掛流，導流槽亦能切斷巖壁掛流，改變掛流走向。但原設施因年代久遠均已不同程度損壞或殘缺。針對此，石刻區水害治理設計與原水害防治措施一致，即采取在石刻上部加裝龕檐和導流槽的方式。在滿足治理病害的前提下，工程措施制式均與原設施觀感保持一致。通過試驗調配顏料，對龕檐表面進行做舊處理，使龕檐外觀與周圍巖體一致。

5 結語

三游洞摩崖題刻受工程地質、水文地質條件、賦存環境氣候等的影響，出現嚴重的水害。本文對三游洞摩崖題刻遭受的水害類型進行總結分類，并分析其形成機理。根據裂隙滲水、凝結水以及崖壁雨水掛流的病害特點，結合文物保護工程的特殊性，有針對地使用合理的工程技術手段去實現水害治理。

參考文獻

[1]常寶琳.三游洞名稱由來考——兼考“后三游”[J].江漢考古，1983.

[2]李青.宜昌市三游洞摩崖石刻地質環境調查與評估[J].遺產保護與研究，2018.

[3]嚴紹軍，方云，孫兵，等.滲水對龍門石窟的影響及治理分析[J].現代地質，2005.

[4]吳寶燕，張愛國，朱麗君.云岡石窟水害及其治理措施[J].地下水，2008.

[5]楊毅.“三游洞”摩崖題刻風化狀況的研究，2014[C].

[6]任建光，王旭升，黃繼忠，等.云岡石窟建造特征與水患的關系[J].工程勘察，2012，40（11）：17-21.

[7]黃繼忠.世界文化遺產云岡石窟的防水保護[J].文物保護與考古科學，2008.

作者簡介

李青（1970-），女，館員。