李青 文加松 麻潤(rùn)杰

摘 要：三游洞摩崖題刻為全國(guó)第六批重點(diǎn)文物保護(hù)單位，是三峽地區(qū)迄今為止保存數(shù)量最多、歷史跨度最大的摩崖石刻，具有極高的價(jià)值。在各種因素影響下，三游洞摩崖題刻出現(xiàn)了裂隙滲水、凝結(jié)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(fēng)化嚴(yán)重。本文研究3種水害的形成機(jī)理，繼而提出了相應(yīng)的治理措施。

關(guān)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(zhǎng)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(nèi)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(qū)迄今為止保存數(shù)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(shù)價(jià)值[1，2]。近千年來，在長(zhǎng)期的自然營(yíng)力和人類活動(dòng)作用影響下，出現(xiàn)嚴(yán)重的水害，題刻風(fēng)化加劇，本文查明了題刻區(qū)的水害類型及成因，并提出治理措施。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

三游洞題刻區(qū)為巖溶地貌，地層主要由第四系覆蓋層和寒武系上統(tǒng)三游洞群（C3sn）白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r組成。根據(jù)地下水的賦存條件、水理性質(zhì)及水力特征，區(qū)內(nèi)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(zhì)灰?guī)r。

區(qū)內(nèi)大氣降水及生活用水在重力作用下垂直下滲補(bǔ)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(chǔ)水量有限，可形成季節(jié)性泉水，沿第四紀(jì)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(gè)區(qū)內(nèi)的最低排泄基準(zhǔn)面位于長(zhǎng)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(cè)沿著前期溶蝕形成的通道及構(gòu)造裂隙繼續(xù)下滲，直至遇到第一套細(xì)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(shí)流向發(fā)生突變，主要沿兩套地層的接觸面發(fā)生向最低排泄基準(zhǔn)面的流動(dòng)。當(dāng)有裂隙切穿該弱透水層時(shí)，沿層面流動(dòng)的水會(huì)繼續(xù)下滲，直至遇到第二套細(xì)晶白云巖時(shí)，流向再次轉(zhuǎn)為沿層面流動(dòng)。當(dāng)具備一定的排泄空間時(shí)，沿層面流動(dòng)的水流將出露形成泉點(diǎn)?？蓪l(fā)育于上述這套白云質(zhì)灰?guī)r中的地下水定義為碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。由于該區(qū)內(nèi)巖層整體北東傾，這決定了地下水沿層面的流動(dòng)只能朝北東向，故其出露的地點(diǎn)更多只能在區(qū)內(nèi)北東側(cè)（下牢溪側(cè)），與現(xiàn)場(chǎng)泉眼調(diào)查結(jié)果相吻合。

3 水害類型及其成因分析

三游洞題刻區(qū)地處下牢溪與長(zhǎng)江干流中間半島，水文地質(zhì)條件相對(duì)獨(dú)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(jīng)過年代漫長(zhǎng)的侵蝕、沖刷，三游洞題刻區(qū)山體已經(jīng)形成了規(guī)模較大的滲水路徑和穩(wěn)定的水害出露點(diǎn)。長(zhǎng)期的雨水侵蝕和沖刷對(duì)石刻文物的保護(hù)造成了嚴(yán)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(dāng)發(fā)展到一定規(guī)模時(shí)將對(duì)石刻區(qū)的整體或局部穩(wěn)定造成現(xiàn)在威脅；水害的出露在石刻表層造成干濕交替的環(huán)境，加速巖體風(fēng)化，不利于石刻文物的長(zhǎng)久保存；潮濕的環(huán)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(zhǎng)加速石刻文物的風(fēng)化破壞，且死后造成石刻文物表面氧化，形成黑斑，嚴(yán)重影響文物外觀。

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，三游洞題刻區(qū)水害主要類型有裂隙滲水、凝結(jié)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(huán)境受到嚴(yán)重威脅。為更好地為三游洞水害治理提供依據(jù)，需要對(duì)各類水害形成機(jī)理進(jìn)行分析。

3.1 裂隙滲水及其成因分析

三游洞分內(nèi)外兩個(gè)洞室，兩個(gè)洞室間由石梯相連接。外洞室開闊明亮，長(zhǎng)底板基巖為細(xì)晶白云巖。內(nèi)洞室相對(duì)狹窄，底面由人工填土及白云質(zhì)灰?guī)r構(gòu)成。裂隙切割是三游洞內(nèi)題刻保護(hù)面臨的主要問題，由裂隙控制的洞室滲水環(huán)境，導(dǎo)致東壁、南壁多數(shù)題刻碳酸鈣附著、地下水滲出、苔蘚大量滋生等。洞內(nèi)三根石柱的內(nèi)外側(cè)亦是裂隙切割導(dǎo)致滲水加劇的重災(zāi)區(qū)。圍繞三根石柱共發(fā)育有9條重要滲水裂隙：其中外室4條，其中2條是滲水關(guān)鍵性裂隙；內(nèi)室5條，其中2條基本控制了內(nèi)室柱二、三內(nèi)側(cè)及柱一內(nèi)的滲水環(huán)境。

由于三游洞頂板以上巖體與西陵山體隔離，區(qū)內(nèi)滲水主要靠來自洞頂平臺(tái)的匯水補(bǔ)給，洞區(qū)完整白云巖地層橫向水力聯(lián)系差，由層面裂隙、卸荷裂隙組成的裂隙網(wǎng)絡(luò)便成為洞區(qū)滲水的載體，主導(dǎo)著滲水通道的發(fā)育。層面裂隙多為貫通型結(jié)構(gòu)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(zhì)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(huì)發(fā)育成良好的滲水通道。卸荷裂隙為張性裂隙，結(jié)構(gòu)面粗糙，產(chǎn)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(chuàng)造了很好的條件，卸荷裂隙在洞內(nèi)與洞壁面相交，是洞窟內(nèi)滲水出露的主要渠道[3]?？刂颇壳叭味磪^(qū)內(nèi)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(xì)晶白云巖夾層，導(dǎo)致三游洞頂板上部順層流動(dòng)的地下水通過高角度裂隙向下滲流，最終出露于洞室內(nèi)，導(dǎo)致崖壁滲水、漏水，巖石軟化，繼而對(duì)洞內(nèi)題刻造成破壞。

3.2 凝結(jié)水及其成因分析

凝結(jié)水的影響與題刻距地面的高度息息相關(guān)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，凝結(jié)水影響范圍一般集中在0.2m～1.5m范圍內(nèi)。受凝結(jié)水影響的題刻，主要集中在外室南壁、內(nèi)室北壁。這些題刻表面一般風(fēng)化嚴(yán)重，褪色、溶蝕現(xiàn)象明顯，局部掉塊，有墨綠色休眠苔蘚附著。

區(qū)內(nèi)高濕度氣候，洞區(qū)內(nèi)空氣濕度大，促進(jìn)水汽凝結(jié)。凝結(jié)水的產(chǎn)生主要依靠?jī)煞N形式。一種是潮濕空氣的水汽：冬季寒冷水汽容易達(dá)到露點(diǎn)，使潮濕空氣中的水變成凝結(jié)水附于巖石表面，對(duì)巖石表面產(chǎn)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(chǎng)作用下，蒸騰形成水汽，這部分水汽隨著溫度的降低也會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)水，從而對(duì)巖石產(chǎn)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(chǎn)生的地表徑流匯集起來順崖壁沖刷題刻，導(dǎo)致題刻修復(fù)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(shí)，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(qiáng)度低，大多數(shù)處于弱風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)[5]。

4 水害治理措施

針對(duì)三游洞區(qū)域內(nèi)水害類型特征，從其形成機(jī)理出發(fā)，有的放矢地采取相關(guān)措施應(yīng)對(duì)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(duì)滲水裂隙通道進(jìn)行封堵，一種堵的方法是堵入口，治理的關(guān)鍵在于對(duì)主要入滲部位的層面裂隙及卸荷裂隙進(jìn)行封堵。另一種堵的方法是堵出口，主要針對(duì)洞窟內(nèi)部題刻周邊的可見裂隙，特別是滲水裂隙進(jìn)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(fù)合灌漿料，在注漿施工前需進(jìn)行灌漿材料試驗(yàn)，通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)，對(duì)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(shù)。

考慮到洞內(nèi)滲水主要靠來自洞頂平臺(tái)的匯水補(bǔ)給，對(duì)三游洞山頂區(qū)域進(jìn)行防水處理。對(duì)于防滲層的設(shè)計(jì)，要通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及模型試驗(yàn)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(jié)合排水進(jìn)行，本工程防滲采用膨潤(rùn)土防水毯。同時(shí)進(jìn)行綠化恢復(fù)，以便與環(huán)境協(xié)調(diào)。

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(dǎo)水槽，引導(dǎo)滲水排泄。

4.2 凝結(jié)水治理措施

提高洞內(nèi)水汽環(huán)境的穩(wěn)定性，是減輕凝結(jié)水和殘留孔隙水凍融危害的重要措施，對(duì)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(jié)水水害治理研究中發(fā)現(xiàn)，相對(duì)濕度隨天氣變化快，是凝結(jié)水形成最為重要的因子，只要降低相對(duì)濕度，便能有效地控制水汽在巖壁上凝結(jié)[7]。因此，可在凝結(jié)水產(chǎn)出量較大的巖壁附近布設(shè)除濕機(jī)改變洞內(nèi)局部水汽環(huán)境，區(qū)域相對(duì)濕度的降低破壞了凝結(jié)水形成的條件，有效地阻止了巖壁上凝結(jié)水的生成，從而消除凝結(jié)水對(duì)題刻的危害。

對(duì)于因受凝結(jié)水影響而衍生出諸如風(fēng)化褪色、苔蘚附著等病害的巖壁、題刻，在嚴(yán)格區(qū)分后，只清洗受污染表面。如有需要，可采用耐風(fēng)化、耐溶蝕材料臨摹題刻。對(duì)于價(jià)值意義較高的題刻，可采取適當(dāng)?shù)母綦x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(hù)措施分為兩類：龕檐和導(dǎo)流槽，龕檐能防止雨水的直接澆灌和隔斷巖壁掛流，導(dǎo)流槽亦能切斷巖壁掛流，改變掛流走向。但原設(shè)施因年代久遠(yuǎn)均已不同程度損壞或殘缺。針對(duì)此，石刻區(qū)水害治理設(shè)計(jì)與原水害防治措施一致，即采取在石刻上部加裝龕檐和導(dǎo)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(shè)施觀感保持一致。通過試驗(yàn)調(diào)配顏料，對(duì)龕檐表面進(jìn)行做舊處理，使龕檐外觀與周圍巖體一致。

5 結(jié)語

三游洞摩崖題刻受工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、賦存環(huán)境氣候等的影響，出現(xiàn)嚴(yán)重的水害。本文對(duì)三游洞摩崖題刻遭受的水害類型進(jìn)行總結(jié)分類，并分析其形成機(jī)理。根據(jù)裂隙滲水、凝結(jié)水以及崖壁雨水掛流的病害特點(diǎn)，結(jié)合文物保護(hù)工程的特殊性，有針對(duì)地使用合理的工程技術(shù)手段去實(shí)現(xiàn)水害治理。

參考文獻(xiàn)

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[4]吳寶燕，張愛國(guó)，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(fēng)化狀況的研究，2014[C].

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

作者簡(jiǎn)介

李青（1970-），女，館員。