天龙山隋代石窟保护研究
要：天龙山石窟始凿于东魏武定三年（545 25摘 年），历经北齐、隋、唐及五代时期，现存窟龛 个。天龙8窟，位于东峰陡峭的南坡山腰间，开凿于隋开皇四年（584山隋代石窟，即天龙山第 年），是天龙山众多造像8中唯一具有中心塔柱的石窟。本文试图针对天龙山第窟的地质分析、病害产生的原因进行研究，探索突破8石窟保护、修复等方面的技术难题，逐步解决第窟渗漏、风化、崩塌等病害问题，制定相应的保护、修复方案，使天龙山石窟这一珍贵的历史文化遗存得到科学保护。8关键词：天龙山 石窟 第 窟 渗漏 风化 崩塌
前言
石窟寺是一种特殊的建筑形式，利用天然山间崖壁开凿而成的洞穴类建筑，洞穴开凿之后在洞中造像、壁面绘画或放置泥塑像，供信仰者祭祀、礼赞、生活的场所，中国石窟寺的产生是随着佛教在中国的传播和发展而来。天龙山石窟，最早开凿于北朝东魏时期（534 年-550
年），以后北齐、隋、唐和五代时期陆续开凿，形成天龙山半山腰的洞窟主区和天龙山脚下溪水旁的千佛洞区。千佛洞区石窟因近水，洞窟内潮湿风化崩塌严重，洞窟内造像雕刻等仅现模糊形状，几乎尽数毁坏。半山腰石窟主区，开凿于天龙山东、西两峰的山腰间，
500 25
东西绵延约 米，现存大小窟龛 个。本文谨
8以开凿于隋代的天龙山石窟第 窟为例，试图通
8
过对第 窟的地质地貌的综合研究，作出相应的石窟造像保护研究方案。
8
一、天龙山第 窟概要
8
天龙山第 窟，位于东峰半山腰转角处，石窟外部仿隋代木构建筑，左侧门边有残损碑刻题记，明确记载本窟开凿于隋开皇四年（584
年）十月十阴，功德主是仪同三司真定县开国公刘瑞。碑文内容还记载了刘瑞等人为隋文帝杨坚、独孤皇后、太子杨勇、晋王杨广祈福的祝辞：“净业仰祚天朝，圣
阴，晋上寿等乾兴，皇后季均厚载，储君宫体明离
...... 8 25王则磬石之安 ”天龙山第 窟是 个石窟中唯一明确开凿年代的石窟。
581
公元 年隋文帝称帝，同年册封次子杨广为晋王，封地在晋阳。因文帝杨坚信奉佛教，大兴佛法，于仁寿元年（601
年）、仁寿二年、四年三次昭告天下，各州按照标准图纸兴建佛寺、塔刹。晋王杨广深受其父亲的影响，也对佛教尊崇有加。天龙
8
山第 窟即是在这样的背景下开凿修建的。
窟室仿木构建筑，前廊后室，外部三开间，宽4.26 1.70 3.55米，进深 米，前廊地面至撩檐枋 米。
4
前廊共有 根圆形立柱，柱础有收分，但表面分化严重。外侧二根立柱依山体雕凿成半圆形，中间两根立柱为圆雕，西侧立柱因雨淋风化、石质易损，已经断裂残损，只残存上半段。立柱之上设栌斗，栌斗之上承托替木及撩檐枋，上承斗栱、人字形叉手，风化严重。
廊下南向正壁开窟门，两侧原各有力士一尊，现仅存力士痕迹，身体大部损失。窟门性质为双重
1.94 1.33 0.75式，外门圆拱形状。高 米，宽 米，厚米，两侧雕圆形门柱，柱头做束帛式，并装饰莲台，柱前各雕蹲狮一尊，风化严重。门梁拱形，门楣尖拱并较宽大。内门门槛较高，尖拱门楣，中间刻火焰宝珠。
内部结构为中心塔柱式，也是天龙山唯一有中心塔柱的石窟。这种特殊的石窟形制常见于北魏时期开凿的山西大同云冈石窟。隋朝历文、炀两
37 300帝，国祚只有短短的 年，却是自西晋后长达余年分裂之后的大一统时期。当时开凿石窟，多沿袭印度佛教以塔刹为寺院建筑中心的支提式，也称为“制底”形式。早期印度佛教建筑中，塔刹在佛
寺的中心或主要位置上，在石窟开凿中，一般位于石窟中心，成为中心塔柱。
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二、天龙山第 窟自然环境状况天龙山石窟自然环境存在以下状况：天龙山石窟地处太原西山坳陷的东南边缘一带，山峰海
1400
拔高度约 米。为暖温带大陆性季风气候区，
2.6m/s，冬春两季风多全年盛行偏北风，平均风速风速疾驰迅捷，夏秋两季则风速平稳柔和。平均气
9毅C，年平均降水量为 511mm，降水量多集中在温每年的夏秋两季。石窟区域沟谷纵横，溪流遍地，
70%。适合植物生长，因此绿树葱郁，森林覆盖率达
1.
地质分析
8
第 窟位于东峰北麓山崖岩壁上，地形单元属二叠纪天龙寺组地层崖壁，地质情况复杂。主要成分有石炭、二叠纪砂岩、砂页岩及其风化物，大部分是基岩裸露的山体，同时还有零星的黄土及厚度不等的残坡积物覆盖层，形成以陆源碎屑沉积为主的沉积岩，岩性差别很大。
8
第 窟，由于自然风化、软弱层沉陷和松树根系的渗透、劈开作用，因此存在较大的岩体裂隙发
[1]，主要走向为北东向和北西向，倾向多为东南育
80毅到 90毅，方向和东北方向，大部分裂隙倾角达到其中西北向裂隙密度较大。
8
第 窟裂隙大多出现在石崖的一侧，称为大
40毅块山石裂缝，裂隙走向为北向偏西约 ，裂缝宽
100mm
度 以上，填充物为石块、风化物、泥土和松树等植物根系。在岩石四周与山体完全裂开，有的甚至底部部分悬空，形成卸荷裂隙，此类走向多为
100mm
北西向，裂隙宽度 以上，填充物为石块、泥土和松树根系，此类危岩稳定性较差。
8
第 窟岩石因表层风化，还存在细小裂隙，宽度为几毫米，甚至根本没有张开，裂隙长度不一，分布没有规律，填充物多为尘土、风化物，此类裂隙直接对洞窟石佛造像的保存构成威胁。
2.
水文特征
[2]，各个天龙山石窟周边是地下水迳流排泄区山谷间有出水量大小不等的上升泉，产生层位在
8 9二叠纪上统，呈弱碱性，位于天龙山第 窟和第窟之间的白龙洞泉，是其中出水量较大的一眼泉水。这些大大小小的泉水汇聚在山脚下形成柳子沟河，由西向东流入汾河，整个天龙山石窟属黄河水系。
天龙山地下水以裂隙水分布为主，同时分布有少量的孔隙水。裂隙水：天龙山裂隙水含水层为基岩风化壳和地层砂岩的成岩裂隙，构造裂隙和风化裂隙中，富水程度差异很大，钻孔单位用水量
0.00078~0.091 L/S·m，地下水位深度随地形而为
变化，化学类型多为：SO42-Ca ·Na+型水
2+ [3] ，矿化度低，pH7.6，为碱性水
[7~8]。孔隙水：天龙山孔隙水含水层为松散岩类，地下水赋存于岩石碎屑和松散沉积物空隙中，各层含水层没有统一的地下水位，
0.5g/L，pH 7.1，为富水性好，水位很浅，矿化度 值弱碱性水，化学类型为：SO42--Ca ·Mg24[7~8]型水。
2+
8
第 窟岩体上松树根系发育极盛，再加长期
8
的雨水冲刷，因此第 窟又称为“水帘洞”，四壁经常有后山的渗水，渗水严重时，在地面的低位可看
8
到小水洼。第 窟内空气相对湿度变化较大：夏秋
80%。冬两季，石窟洞内潮湿，空气相对湿度大于春两季，由于降雨减少，季风强劲，则石窟洞内空
60%左右。
气相对湿度只有
3.
岩石物理性质
X X
[4]与
通过 射线衍射物相分析 射线荧光化
8学成分分析[5]，结果显示第
窟岩样成分颗粒密度2.63g/cm3
为 ，接近于石英密度，为粗、中粒石英砂
6.43%岩。岩石中有少量的孔隙和裂隙，孔隙率为~7.63%，胶结程度较好，胶结物以硅质最常见，化
SiO2
学成分以 为主，说明岩石抗风化程度中等。
因岩石中存在孔隙和裂隙，加大了饱和吸水率[6]，因此抗冻性能较差，耐崩解性指数较低[7]。经测试岩石烘干、饱和状态下表面硬度分别为：48.7~ 51.0 37.5~39.4，表面硬度属中等偏下。
和
8
通过对天龙山第 窟的自然环境、水文特征、
8岩石孔隙、裂隙等物理性质的分析，得出：第 窟开凿于二叠纪地层，地质情况复杂，岩体裂隙发育旺盛。岩体孔隙式胶结物，主要成分为硅质。抗风化能力中等，表面硬度中等偏下。受集中富水区和地下水径流排泄区的影响，在风吹、日晒、雨淋等
8自然因素的侵蚀和人为因素的破坏下，第 窟造像表面异常疏松，洞窟内渗水，崩塌和石雕造像有不同程度的风化剥落。
8
三、天龙山第 窟保护设计依据和原则依据《中华人民共和国文物保护法》中关于文物保护依照“抢救第一、保护为主”的原则，综合考
8
虑第 窟造像区的保存现状，应将危岩加固、防渗
8工程放在石窟保护的首位。针对第 窟岩体裂隙发育程度旺盛，在进行危岩治理、防渗工程实施过程中，必须进行实验性施工。在具备成功治理经验
8的基础上，方可进行大规模的工程实践。因此，第窟的保护工程第一阶段，应定性为试验性方案设计、施工，并做好检测、评价、论证工作。
在方案制定过程中，应考虑到石窟周边珍稀树木、植被分布对石窟的影响，在保护植被的同时，减少植被根系对岩体的分裂作用。同时适当调整参观路线，增加石窟周边的防护设施，减少人为因素对造像的损坏和影响。
8
四、天龙山第 窟保护思路和措施1.
危岩加固
8
第 窟上部，东、西两面危岩体，可采用锚杆支护和下托支撑相结合的工程技术，用钢筋作为加筋件，依靠岩体和锚杆之间的摩擦作用，使用水泥砂浆将分裂的两片岩体结合成整体。为防止漏
[8]的技术手段。所浆，可采用快速水泥和二次成孔有工程考虑隐蔽、表面做旧处理，以不影响石窟周边的自然环境的总体欣赏效果为前提。
锚固材料，视其使用位置危岩的大小，裂隙角度等因素，可使用不同尺寸、规格的热轧螺纹钢
525﹟筋，使用前表面做除锈处理。锚固砂浆选用普通硅酸盐水泥，填料选<2
毫米的水洗沙粒，为防止跑浆可适当加入水溶性硅酸钠盐以提高粘稠度并缩短固化时间。
2.
裂隙灌浆
8
第 窟外部有较大型危岩之外，还有数量众多的裂隙发育，可采用裂隙灌浆的方法处理。大裂隙采用单液硅酸盐浆材，一般以含水硅酸钠（俗称水玻璃）为主剂，适当加入碳酸氢钠（小苏打）以调节硅酸盐凝结时间。
微小裂隙灌浆，制作特殊的灌浆注射清液，主要由超细耐硫酸盐水泥（矿渣水泥）组成。耐硫酸盐水泥具有碱性低、抗硫酸盐，同时具有良好的流动性，凝固时不分层，可以进入到微小裂隙中。耐硫酸盐水泥对施工基面要求不高，适合潮湿环境的使用。凝固后表面防水，耐酸、碱侵蚀，有较强的抵抗风化和冰冻的能力。
3.
石窟顶部防渗、防水工程
8
第 窟顶部生长着大量松、柏、落叶灌木及大量的草本植物，做窟顶防水工程之前，要合理规 划、妥善处理植被及其根系。可先期迁移或清除大型树木，待防渗系统完工后以小型灌木和地被植物代替。
在石窟顶部采用沟槽填充、混凝土垫层、铺设柔性防渗材料和构筑排水系统相结合的工程技术手段，使顶部形成一个相对完整的斜坡面。从而引导和加速顶部雨水排泄过程，截断降水给石窟区域的补水途径。通过封堵裂隙，改变裂隙渗水方向。
同时，疏通和改变石窟底部排水系统，引导雨水有序排放，有效降低石窟周边的地下水位，从根本上解决由于渗水引起的石窟内浸水、化学风化等病害现象。通过危岩加固、裂隙灌浆、顶部防渗、防水等
8
工程措施，有效解决第 窟周边的岩石裂隙发育、孔隙水渗漏、风化。
五、结束语
8天龙山隋代石窟，即第 窟的保护工程，即是专业技术工程，同时也是一项文物保护的研究工作。工程中设计工作方案、施工图纸或施工文件，应随着施工进度与现场实际情况，及时进行分析、研究，确定补充、调整或变更设计方案，解决发现的新问题。同时严格执行随工程进展建立完善的表格登记制度，随时收集整理现场工作资料。
文物保护工作不是简单的工程项目，而是一项意义深远的多学科协调配合综合工程，在施工过程中，必须要具有严密的施工管理组织机构，对工程设计保护技术问题进行认真分析研究，制定科学合理的施工方案，精心组织施工。
[1] 所谓裂隙发育，即是指由于岩性、构造及气候原因受风化改造作用大，由于风化作用，水的溶蚀以及地质构造作用产生了较多、较明显的裂缝。出现这种发育状况的岩石，就是裂隙发育的岩石。
[2] 降水后在地面形成的水流，以及含水层的地下水向外部排泄的范围。
[3] 地下水的化学类型，水中这些金属或者酸根都是以离子形式存在的，这些符号表示的就是水中含有的元素，含有钠离子、钙离子和硫酸根离子。
[4] 利用 X射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。
[5] X 射线荧光分析是确定物质中微量元素的种类和含量的一种方法，又称 X 射线次级发射光谱分析，是利用原级 X 射线光子或其它微观粒子激发待测物质中的原子，使之产生次级的特征 X 射线(X 光荧光)而进行物质成分分析和化学态研究。
[6] 岩石饱和吸水率是单位体积岩石在 150×10^5 帕下或真空条件下吸收水的质量与岩石干重之比值。它反映岩石中、小裂隙的发育程度。
[7] 岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结力，完全丧失强度时的松散物质的性质。一般用耐崩解性指数表示。
[8] 选用小直径旋挖钻头钻进，小直径桩成孔后，先迅速回收小直径加长钢护筒，再下放大直径加长钢护筒全程跟进，然后换用大直径旋挖钻头二次扩孔的施工技术。
（作者工作单位：太原市晋祠博物馆）