三游洞摩崖题刻水害及其治理措施

李青 文加松 麻润杰

摘 要：三游洞摩崖题刻为全国第六批重点文物保护单位，是三峡地区迄今为止保存数量最多、历史跨度最大的摩崖石刻，具有极高的价值。在各种因素影响下，三游洞摩崖题刻出现了裂隙渗水、凝结水以及崖壁雨水挂流3种类型的水害。受水害影响，三游洞题刻风化严重。本文研究3种水害的形成机理，继而提出了相应的治理措施。

关键词：三游洞摩崖题刻；水害；治理措施

1 引言

三游洞位于西陵峡外，距宜昌市10km左右，背靠长江西陵峡口，面临下牢溪，洞坐北朝南，宽约20m，深约30m，高约6m，其中有三根似圆若方的钟乳石柱，垂直平行横列，将洞隔成相通的前后两室[1]。洞内外保存有宋代欧阳修题记、明代重刻之《三游洞序》等各种壁刻和碑文40余件。三游洞摩崖题刻是三峡地区迄今为止保存数量最多、历史跨度最大的摩崖石刻，作为摩崖题刻类古文化遗存，三游洞具有极高的历史、文化及艺术价值[1，2]。近千年来，在长期的自然营力和人类活动作用影响下，出现严重的水害，题刻风化加剧，本文查明了题刻区的水害类型及成因，并提出治理措施。

2 区域水文地质条件

三游洞题刻区为岩溶地貌，地层主要由第四系覆盖层和寒武系上统三游洞群（C3sn）白云质灰岩、灰岩组成。根据地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，区内地下水可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水两类，分别赋存于上覆第四系残坡积物层及下伏三游洞组白云质灰岩。

区内大气降水及生活用水在重力作用下垂直下渗补给覆盖于三游洞顶部的残坡积层，由于该层具有一定的孔隙，形成松散岩类孔隙水。该层土所储水量有限，可形成季节性泉水，沿第四纪覆盖层及下伏基岩层交界面处以挂流的形式出露。由于整个区内的最低排泄基准面位于长江，故更多的渗水将以巴楚乐宫及至喜亭一带的分水岭为界，向两侧沿着前期溶蚀形成的通道及构造裂隙继续下渗，直至遇到第一套细晶白云岩层，因该层可溶性及渗透性均较差，故上部水流渗流至该层时流向发生突变，主要沿两套地层的接触面发生向最低排泄基准面的流动。当有裂隙切穿该弱透水层时，沿层面流动的水会继续下渗，直至遇到第二套细晶白云岩时，流向再次转为沿层面流动。当具备一定的排泄空间时，沿层面流动的水流将出露形成泉点。可将发育于上述这套白云质灰岩中的地下水定义为碳酸盐岩类裂隙溶洞水。由于该区内岩层整体北东倾，这决定了地下水沿层面的流动只能朝北东向，故其出露的地点更多只能在区内北东侧（下牢溪侧），与现场泉眼调查结果相吻合。

3 水害类型及其成因分析

三游洞题刻区地处下牢溪与长江干流中间半岛，水文地质条件相对独立，其主要水害来源为大气降水被覆盖层吸收、贮存和下渗出露。经过年代漫长的侵蚀、冲刷，三游洞题刻区山体已经形成了规模较大的渗水路径和稳定的水害出露点。长期的雨水侵蚀和冲刷对石刻文物的保护造成了严重的损坏和不利影响。水害的溶蚀和冲刷在山体形成大量溶洞，当发展到一定规模时将对石刻区的整体或局部稳定造成现在威胁；水害的出露在石刻表层造成干湿交替的环境，加速岩体风化，不利于石刻文物的长久保存；潮湿的环境给苔藓及各类微生物提供了良好的生存条件，生物的生长加速石刻文物的风化破坏，且死后造成石刻文物表面氧化，形成黑斑，严重影响文物外观。

根据调查统计，三游洞题刻区水害主要类型有裂隙渗水、凝结水以及崖壁雨水掛流。在各类水害综合作用下，三游洞题刻的赋存环境受到严重威胁。为更好地为三游洞水害治理提供依据，需要对各类水害形成机理进行分析。

3.1 裂隙渗水及其成因分析

三游洞分内外两个洞室，两个洞室间由石梯相连接。外洞室开阔明亮，长底板基岩为细晶白云岩。内洞室相对狭窄，底面由人工填土及白云质灰岩构成。裂隙切割是三游洞内题刻保护面临的主要问题，由裂隙控制的洞室渗水环境，导致东壁、南壁多数题刻碳酸钙附着、地下水渗出、苔藓大量滋生等。洞内三根石柱的内外侧亦是裂隙切割导致渗水加剧的重灾区。围绕三根石柱共发育有9条重要渗水裂隙：其中外室4条，其中2条是渗水关键性裂隙；内室5条，其中2条基本控制了内室柱二、三内侧及柱一内的渗水环境。

由于三游洞顶板以上岩体与西陵山体隔离，区内渗水主要靠来自洞顶平台的汇水补给，洞区完整白云岩地层横向水力联系差，由层面裂隙、卸荷裂隙组成的裂隙网络便成为洞区渗水的载体，主导着渗水通道的发育。层面裂隙多为贯通型结构面，是岩体中近水平方向的主要渗透通道[3]，其张开度较好，裂隙中充填物因其工程性质与岩体存在巨大差异，且易被地下水溶解，故层面裂隙通常会发育成良好的渗水通道。卸荷裂隙为张性裂隙，结构面粗糙，产状与立壁面近平行，几乎垂直方向切割层面裂隙，为大气降水入渗和汇聚创造了很好的条件，卸荷裂隙在洞内与洞壁面相交，是洞窟内渗水出露的主要渠道[3]。控制目前三游洞区内渗水的裂隙主要为平行于崖壁方向的卸荷裂隙，该裂隙隙宽较大，向上延伸切穿洞顶细晶白云岩夹层，导致三游洞顶板上部顺层流动的地下水通过高角度裂隙向下渗流，最终出露于洞室内，导致崖壁渗水、漏水，岩石软化，继而对洞内题刻造成破坏。

3.2 凝结水及其成因分析

凝结水的影响与题刻距地面的高度息息相关。据现场调查，凝结水影响范围一般集中在0.2m～1.5m范围内。受凝结水影响的题刻，主要集中在外室南壁、内室北壁。这些题刻表面一般风化严重，褪色、溶蚀现象明显，局部掉块，有墨绿色休眠苔藓附着。

区内高湿度气候，洞区内空气湿度大，促进水汽凝结。凝结水的产生主要依靠两种形式。一种是潮湿空气的水汽：冬季寒冷水汽容易达到露点，使潮湿空气中的水变成凝结水附于岩石表面，对岩石表面产生侵蚀和冻胀破坏。另一种是赋存于岩石包气带的孔隙和裂隙之中的地下水在地温场作用下，蒸腾形成水汽，这部分水汽随着温度的降低也会产生凝结水，从而对岩石产生侵蚀和冻胀破坏[4]。

3.3 崖壁雨水挂流及其成因分析

三游洞部分题刻处于洞外露天崖壁上，崖壁并无额外遮挡疏水工程措施，降水产生的地表径流汇集起来顺崖壁冲刷题刻，导致题刻修复颜料脱色，污染题刻表面，表面字迹不清字体缺失，苔藓及其它植被覆盖，影响题刻美观。同时，三游洞陡崖前缘的岩石受雨水挂流影响，周期湿水软化，岩石抗拉强度低，大多数处于弱风化和强风化状态[5]。

4 水害治理措施

针对三游洞区域内水害类型特征，从其形成机理出发，有的放矢地采取相关措施应对水害。

4.1 裂隙渗水治理措施

裂隙渗水的治理主要采取灌浆对渗水裂隙通道进行封堵，一种堵的方法是堵入口，治理的关键在于对主要入渗部位的层面裂隙及卸荷裂隙进行封堵。另一种堵的方法是堵出口，主要针对洞窟内部题刻周边的可见裂隙，特别是渗水裂隙进行灌浆、封堵。注浆材料采用无析盐危害的水硬性石灰浆液或偏高岭土复合灌浆料，在注浆施工前需进行灌浆材料试验，通过室内试验和现场灌浆试验，对比各裂隙开度下各种浆液的灌浆效果，确定最终灌浆材料和压力、注浆孔布置等工艺参数。

考虑到洞内渗水主要靠来自洞顶平台的汇水补给，对三游洞山顶区域进行防水处理。对于防渗层的设计，要通过现场测试及模型试验研究清楚洞窟顶部覆盖层的覆盖物成分、渗透性、厚度分布等，确定需处理的地段，选择适宜的防渗处理措施，并结合排水进行，本工程防渗采用膨润土防水毯。同时进行绿化恢复，以便与环境协调。

由裂隙渗水引起的题刻表面苔藓、钟乳石覆盖及溶蚀加剧等病害，可以考虑在题刻四周开凿导水槽，引导渗水排泄。

4.2 凝结水治理措施

提高洞内水汽环境的稳定性，是减轻凝结水和残留孔隙水冻融危害的重要措施，对具有较大纵深的洞窟尤其重要[6，7]。2008年，黄继忠在云冈石窟凝结水水害治理研究中发现，相对湿度随天气变化快，是凝结水形成最为重要的因子，只要降低相对湿度，便能有效地控制水汽在岩壁上凝结[7]。因此，可在凝结水产出量较大的岩壁附近布设除湿机改变洞内局部水汽环境，区域相对湿度的降低破坏了凝结水形成的条件，有效地阻止了岩壁上凝结水的生成，从而消除凝结水对题刻的危害。

对于因受凝结水影响而衍生出诸如风化褪色、苔藓附着等病害的岩壁、题刻，在严格区分后，只清洗受污染表面。如有需要，可采用耐风化、耐溶蚀材料临摹题刻。对于价值意义较高的题刻，可采取适当的隔离手段，避免与空气的直接接觸。

4.3 崖壁雨水挂流治理措施

题刻原有的雨水防护措施分为两类：龛檐和导流槽，龛檐能防止雨水的直接浇灌和隔断岩壁挂流，导流槽亦能切断岩壁挂流，改变挂流走向。但原设施因年代久远均已不同程度损坏或残缺。针对此，石刻区水害治理设计与原水害防治措施一致，即采取在石刻上部加装龛檐和导流槽的方式。在满足治理病害的前提下，工程措施制式均与原设施观感保持一致。通过试验调配颜料，对龛檐表面进行做旧处理，使龛檐外观与周围岩体一致。

5 结语

三游洞摩崖题刻受工程地质、水文地质条件、赋存环境气候等的影响，出现严重的水害。本文对三游洞摩崖题刻遭受的水害类型进行总结分类，并分析其形成机理。根据裂隙渗水、凝结水以及崖壁雨水挂流的病害特点，结合文物保护工程的特殊性，有针对地使用合理的工程技术手段去实现水害治理。

参考文献

[1]常宝琳.三游洞名称由来考——兼考“后三游”[J].江汉考古，1983.

[2]李青.宜昌市三游洞摩崖石刻地质环境调查与评估[J].遗产保护与研究，2018.

[3]严绍军，方云，孙兵，等.渗水对龙门石窟的影响及治理分析[J].现代地质，2005.

[4]吴宝燕，张爱国，朱丽君.云冈石窟水害及其治理措施[J].地下水，2008.

[5]杨毅.“三游洞”摩崖题刻风化状况的研究，2014[C].

[6]任建光，王旭升，黄继忠，等.云冈石窟建造特征与水患的关系[J].工程勘察，2012，40（11）：17-21.

[7]黄继忠.世界文化遗产云冈石窟的防水保护[J].文物保护与考古科学，2008.

作者简介

李青（1970-），女，馆员。