魯班窯石窟位於武周川（今十里河）西岸，東距雲岡石窟約700m，其洞窟形制及造像風格與雲岡石窟相近，開鑿於雲岡石窟早、中期之間，遼代曾重修，明代在其上曾築有烽火臺。據考古調查，該石窟窟頂遺存可見三層文化層，自上而下分別爲表土層、遼金文化層和北魏文化層，進一步印證了基於傳世文獻對於該石窟歷史沿革的推斷。1966年4月23日，該石窟被公佈爲市級文物保護單位；2016年6月6日，被公佈爲省級文物保護單位。作爲雲岡石窟的組成部分，該石窟的研究對於佛教文化、石窟藝術的傳承以及石窟保護均具有重要的價值和意義。

目前，石窟保護研究多以國家級文物保護單位爲對象，針對風化、裂隙、滲水、危巖體、表面污物處理等病害展開研究，並取得了一定的成果。如：黃克忠、解廷凡《雲岡石窟石雕的風化與保護》一文，基於雲岡石窟的風化狀況，分析了風化成因，並提出治水、建立保護性窟檐及改善環境等措施。劉祥友等《龍門石窟潛溪寺裂隙灌漿施工技術研究》一文，針對水害較爲嚴重的潛溪寺石窟，就裂隙灌漿的施工工藝和流程進行了研究。馬朝龍《石窟寺滲漏水檢測方法研究》一文，通過對龍門石窟的監測，取得了石窟寺滲漏水的資料和成果，爲滲漏水治理提供了依據。劉昌軍等《基於激光掃描的高邊坡危巖體識別及錨固方法研究》一文，基於三維激光掃描技術，對高陡邊坡的危巖體識別、錨固技術及巖體加固方案，提出了專門建議。黃繼忠等《砂岩類石窟寺保護新進展—以雲岡石窟保護研究新成果爲例》一文，提出了石窟文物表面有害污物清除技術，主要包括應用石質文物激光清洗機實現多種清洗技術和方法。

我國現存大中型石窟羣約300處，而小型石窟則數以萬計，其病害及保護現狀較少被關注。魯班窯石窟是雲岡石窟羣的組成部分，研究意義重大。雲岡石窟文物研究所曾於上世紀80年代末，對該石窟進行勘察，但是，僅限於窟龕及造像形制，未涉及病害及保護。因此，本文擬在前人研究的基礎上，以魯班窯石窟爲例，通過實地調研及維修加固實踐，分析其病害類型及成因，並提出防治建議，以促進小石窟的保護,爲雲岡石窟等大型石窟的保護提供借鑑。

一

石窟概況

 魯班窯石窟是雲岡石窟的附屬石窟。《水經注》記載：“武周川水又東南流，水側有石祗洹舍並諸窟室，比丘尼所居也。其水又東轉經靈巖南，……川水又東南流出山。”魯班窯石窟與雲岡石窟隔河相望，地理位置與《水經注》所述極爲吻合，因此，被推斷爲尼寺，是雲岡石窟的組成部分，並非獨立寺院。北魏時期，佛教盛行，僧尼數量劇增，太和初年（477年），僅平城（今山西大同）僧、尼數量就達二千人，寺院一百所。北魏太和十三年（489年）比丘尼惠定的造像題記、景明四年（503年）比丘尼曇媚造像碑的出現，以及唐代武周川沿岸“東爲僧寺”、“西頭尼寺”的記載，進一步說明魯班窯石窟爲尼寺之說可能性較大。相傳在雲岡石窟開鑿初期，工匠因受魯班傳授雕鑿技法，故在其西側開窟造像，四時祭祀，該窟因名魯班窯。

圖一 　魯班窯石窟地理位置圖

魯班窯石窟開鑿於十裏河西岸的土山上，坐西朝東，南北長約60m，高約4m，分佈面積約240m2（圖一）。現存洞窟三座，已調查洞窟兩座，形制均爲橢圓形、穹窿頂，窟內四壁滿雕禪定佛和千佛，造像服飾有袒右肩、通肩兩種。上世紀80年代，因周邊小型煤礦的開採，煤塵及震動較大，石窟長期暴露在外，且無人看管，保存現狀較差。第1、2窟內裂隙縱橫，風化嚴重，雕像漫漶不清；第3窟堆滿積土，窟頂塌陷，內部保存情況不明（圖二、圖三、圖四）。

圖二　魯班窯石窟全景圖

圖三 　魯班窯石窟平面圖

圖四 　魯班窯石窟立面圖

二

二 石窟保存及病害現狀

 2015年6月，雲岡石窟研究院對魯班窯石窟進行了初步勘察與測量；2016年3月，進行了第二次勘察，與遼寧有色勘察研究院合作，完成了《大同魯班窯石窟搶險加固工程設計方案》，並報送省、市兩級文物局審批通過。經調查，魯班窯石窟共有洞窟三座，爲行文方便，自北向南依次命名爲第1窟、第2窟和第3窟，外加窟頂遺存，共四個區域，其保存及病害現狀如下。

（一）   第1窟

該窟平面呈橢圓形，面寬6.94m，進深4.76m，高4.49m。窟門局部坍塌。外立壁殘存雕像局部，門口左右殘存獅子造像。窟內四壁滿雕千佛列龕，現殘存上部3層，均置於圓拱龕內。現存龕像66身，僅雕輪廓，大小不一，未開面，服飾有通肩、偏袒右肩式兩種。佛龕排列不齊，其上雕三角紋內襯以摺疊帷幕與窟頂相接，窟頂無雕飾。四壁下層原置突出窟壁裙石高爲0.6m，用塊石砌寬0.5-0.8m，立面雕像，現殘存10塊，其中北、東壁保存較完好，時間略晚於石窟開鑿。窟內中央現存低臺，長約2.65m，寬約2.26m。二層，塊石平砌，石間用“銀錠”鉚固定。

該窟存在裂隙、風化、危巖體、人工修補、煙燻及動物病害，其中，裂隙、風化、危巖體爲主要的三種病害。以下分窟門、窟頂、西壁、南壁、北壁及石窟外立壁六個部分，闡述其病害情況。

該窟東壁開窟門，窟門上方裂隙嚴重，壁面裂隙多與窟外連通，門拱上方爲危巖體，窟門外壁風化嚴重。該窟門拱由於開鑿洞窟而產生的卸荷力形成了比較大的裂隙，在裂隙切割和重力影響下，形成兩塊比較大的危巖體，左側爲墜落式危巖體，右側爲傾倒式危巖體。門拱中部有塌落痕跡（圖五）。

圖五　第1窟門拱上方裂隙及危巖體

窟頂保存較爲完整，但存在一條東西走向貫穿整個洞窟的大裂隙，該裂隙兩側伴生有幾條南北走向的小裂隙。煙燻面積較大，幾乎佈滿窟頂。

該窟西、南、北各壁下層岩石破碎殘損嚴重，雕像全失，上層較爲完整，有雕刻殘存。中央地面長方形低臺的中部及西南角石塊缺失。西壁存在裂隙、危巖體、風化、煙燻、動物病害及人工修補等六種病害。上層有雕刻的岩石懸空，爲一墜落式危巖體；下層幾乎被裂隙、危巖體、風化等三種病害覆蓋，中部有動物病害及人工修補；上、下層巖體交界處有煙燻痕跡。

南壁下層破碎，西南角塌落一洞與第2窟西北角相通。南壁上層後期鑿有圓拱形，破壞了原有的千佛龕。存在裂隙、危巖體、風化三種病害，裂隙在上層及下層巖體均有分佈，以下層爲主；下層危巖體突出。

北壁破碎嚴重，上部以泥皮封堵，中間坍塌，留下一個1m見方，深度約60cm凹坑，下部裙石保存完整。病害以人工修補較爲突出。

該窟外壁存在多處危巖體。首先，北側存在一個高約2.5m，寬約1.5m，深約0.8m的坍塌區域，附近形成兩塊較大的危巖體（圖五）。外立壁上部有多處方形梁孔，窟頂爲人工砌體；外立壁存在多處裂隙；風化有三類—構槽狀、條帶狀及板狀風化（圖六）。

圖六　第1窟北側外立壁溝槽狀風化

（二）   第2窟

該窟位於第1窟南側5.27m處。窟內面寬6.06m，進深4.33m，高3.4-3.8m。窟門拱形，外立壁殘存造像局部。窟內四壁雕像6層。第1層爲力士像，逆發，胡相。上身裸，下着犢鼻褲。雙手上舉；第2至5層雕禪定坐佛粗坯，佛像高約0.5m，著偏袒右肩或通肩式袈裟，線刻舟形背光，局部殘存紅色，現有61身較爲完整，層間岩石突起間隔；第6層雕雙層三角紋，內襯以摺疊帷幕與窟頂相接，頂部岩石破碎，窟內中央用塊石砌低臺，南北長約2.52m，寬約2.42m。形制、用途與第1窟相同。第1、2窟間的外立壁上殘存數座佛龕，其中一複合龕保存較好，外方內圓形拱龕，高、寬均爲0.4m。龕內原雕二佛並坐像，現已毀。龕楣內雕坐佛9身，著通肩式袈裟。兩上隅雕供養天人像。崖壁上鑿有方形孔數個，窟前地面殘留有遼代磚瓦。

該窟岩石破碎十分嚴重，特別是頂部存在隨時坍塌的危險。洞窟西北角有洞與第1窟相通，西壁中內爲空洞，現用小石塊支撐，下部用片石補砌。以下分窟門、西壁、北壁、南壁四部分記錄病害情況。

第2窟門拱懸空，拱頂下方已坍塌，開鑿洞窟後產生的卸荷力使門拱上方巖體成爲一塊墜落式危巖體。窟門裂隙、風化較爲嚴重。第2窟至第3窟間崖壁下層有一層泥岩夾層，已風化蝕空，後期用塊石砌補；上部由於第2窟頂部坍塌後的碎石土擠壓與山體完全斷開，並向東側傾斜，上部最大位移已達10cm以上。該處爲一典型的傾倒式危巖體。

第2窟西壁頂部破碎，下層多處存在危巖體，裂隙較多，另有部分動物病害；上層多處分佈人工修補痕跡。

第2窟北壁上層造像較爲清晰，下層破壞嚴重。主要病害是裂隙和風化，西南角存在危巖體。

第2窟南壁裂隙縱橫、風化嚴重，部分位置存在危巖體及人工砌體（圖七）。

圖七　第2窟南壁裂隙、風化、危巖體及人工補砌支撐體

（三）   第3窟

該窟位於第2窟南側約5m處。20世紀90年代村民清理廢土時發現，圓拱形窟門外露，外立壁北側殘存龍首及龕楣內3身供養天人像。窟頂坍塌，窟內堆滿廢土石塊。在門拱北側人工清理出約0.2-0.3m的空隙，可見門拱東壁雕千佛列龕數層，形象與第1窟略同。第3窟南側壁面可見3層泥岩層，上層泥岩位於崖頂，厚度約0.4m，中部泥岩層厚度1.2m，下部泥岩位於崖壁下方，厚度約0.8m，均風化蝕空。其南側外立壁也由於洞窟頂板坍塌擠壓而整體外傾，形成一塊傾倒式危巖體（圖八）。其北側有一東西走向的垂直裂隙，導致其上部砂岩懸空，整體有由中部泥岩層面向東南方向傾倒和滑移的趨勢。

圖八　第3窟窟頂坍塌

（四）   窟頂遺存

魯班窯石窟窟頂東西短，南北長，略近長方形。洞窟頂部破碎巖體主要分佈於第1-3窟崖頂，總長約34m，高約2.5-3.5m，厚度1-1.5m，巖體後部以雜土填充，結構疏鬆，透水性好。破碎巖體表面風化嚴重，呈圓滑曲面。北段保存完整，結構較爲穩定；中段保存較差，其中第2窟頂部巖體存在大面積的變形、掉塊和塊狀崩塌，病害面積約32m2；第3窟頂部破碎巖體已隨下方洞窟頂板坍塌，塌落長度約6m。破碎巖體對洞窟頂板造成比較大的壓力，加之洞窟頂板岩層較薄，已導致1窟頂板開裂，2窟頂板碎裂變形，3窟頂板坍塌（圖九）。2014年，大同市考古研究所曾對窟頂遺存進行了考古發掘，發現窟頂現存夯土臺基遺址一處。

圖九　魯班窯石窟窟頂破碎砌體堆積現狀

三

 石窟病害總結及防治建議

圖一〇　魯班窯石窟病害整體分佈圖

據現場勘查，魯班窯石窟的主要病害有風化、裂隙、危巖體、坍塌、窟頂砌體堆積等（圖一〇）。第一，該石窟的岩石屬於典型的辮狀河沉積類型，砂岩中泥質含量較高，岩層結構複雜，交錯層理髮育，層間泥質含量高，易於風化。風化後岩石強度減弱，易在上部巖體壓力作用下產生斷裂。因此，風化是主要的致病因素。第二，該石窟裂隙發育較多，以構造裂隙爲主，同時發育有風化裂隙及岸邊裂隙和卸荷裂隙。一般構造裂隙寬度0.2-0.5cm，且有泥沙充填，少數爲閉合裂隙。而卸荷裂隙十分發育，這類裂隙走向平行於巖體邊坡走向，常常構成石窟寺所在邊坡巖體失穩的滑移面或崩落破壞面。風化裂隙的發育則很不規則，多呈不規則的網狀或雜亂無形的狀態。裂隙面不太平整。區內裂隙的另一個特徵是，在堅硬或中等堅硬的砂岩中，裂隙相對發育，而在較弱的泥岩或砂質泥岩中，裂隙相對不發育。在整個出露的地層中，從表層往下，裂隙的開口由寬變窄，具有直至閉合的發育特點。裂隙的發育進一步降低了岩石的力學強度和結構穩定性。第三，危巖體及碎巖體存在較多。洞窟開鑿以後，洞窟前壁和洞窟壁面下盤頂板等位置，成爲應力集中的區域，易於發生斷裂，形成相對破碎的區域。洞窟頂板普遍較薄，特別是2窟、3窟頂板，其上又有比較厚的邊坡擋牆，重量較大，造成2窟頂板碎裂，3窟頂板坍塌。3窟外壁下盤爲泥岩層，抗剪能力較弱，3窟頂板坍塌後，坍塌物對其外壁造成的側向壓力導致外壁向東側傾斜。建議防治措施主要有裂隙灌漿、錨杆加固、鋼樑支頂防護及混凝土澆築、窟檐搭建等。

（一）   裂隙灌漿

灌漿加固技術是採用液壓、氣壓的方式將凝固的液體注入巖體裂隙或孔隙中的一種加固技術，能夠改善工作對象的物理力學性質，有效地加固石窟巖體。灌漿主要起到的作用有化學膠結、惰性填充和離子交換，可以用於結構加固、基礎加固。在加固過程中要注意漿液的滲透能力、穩定性、結石率、含水量等因素。綜合考慮，可以採用PS漿材。PS漿材固化後結石的強度、性能與需要加固部分的巖體比較接近；PS溶液對裂隙兩側的風化層具有滲透加固作用，可以保證漿材的結石體與裂隙巖體的密實性、牢固性和整體性；取材廣泛，成本低，灌漿工藝簡單，易於操作。裂隙灌漿依據裂隙所處的位置和寬度不同採取不同的方法和材料。對於位於文物本體附近的裂隙和小於5mm的裂隙，採用環氧樹脂灌注。對於大於5mm的裂隙，用M30水泥砂漿灌注，均採用42.5Mpa低鹼水泥。對於破碎巖體區域，建議進行注漿孔注漿。注漿黏結材料採用環氧樹脂或低鹼水泥砂漿，採用無壓或低壓注漿，部分注漿孔作爲小錨杆錨孔使用。

（二）   錨杆加固

據初步調查分析，魯班窯石窟巖體整體較爲穩定，現在這種變形雖然不會產生整體性破壞，但處於蠕動變形狀態，再加上大同地區處於火山帶，所以，存在較大的潛在危險。建議參考大足石刻寶頂山觀經變造像區巖體的加固方法，對該石窟第1窟及第2窟的裂隙部位，採取預應力錨杆抗傾覆變形的措施，提高崖壁巖體的安全係數。對於石窟及周邊的危巖體，在前期裂隙灌漿加固的基礎之上，採用鋼筋錨杆錨固進行加固。爲了避免影響破壞石窟的整體形象，建議在崖壁巖體上部風化凹槽部位（尤其是孔洞狀風化部位）佈置。爲防止錨杆施工破壞石窟，每根錨杆的位置、傾角都要準確測量和定位。這是一項成熟的技術，並且已應用於雲岡石窟、大足石刻等多處大型石窟的修復，對於石質文物保護有顯著的優越性。

（三）   鋼樑支頂防護及混凝土澆鑄

該石窟外壁多處存在危巖體，因其爲文物本體，無法採用錨杆進行錨固處理。需根據具體情況採用鋼樑支頂及混凝土澆鑄措施進行防護。如：第1窟西側壁危巖體，建議採用鋼樑進行支頂防護，該方法的優點是具有可逆性。第2窟西側壁破碎嚴重，危巖體隨時有崩塌脫落危險，建議在其下方採用現澆混凝土牆的方式對其進行支頂，同時，也對側壁破碎的巖體起到防護作用。

（四）   搭建窟檐

魯班窯石窟作爲露天石窟，日曬、風吹、雨淋及大氣污染是導致岩石風化、酥鹼，進而引發裂隙的主要原因。實踐證明，搭建窟檐是防止雨水直接沖刷、減少陽光直射，遏制風化進一步發展的有效方法。龍門石窟研究保護中心，以小型坍塌窟龕和小型露天雕刻爲對象，進行了窟檐修復實驗，取得了良好的效果。王金華、陳嘉琦的《我國石窟寺保護現狀及發展探析》一文，在全面總結我國現階段石窟寺保護現狀的基礎上，提出了重視本體及預防性保護、開展石窟寺窟檐保護研究和示範工程的建議。

經實地調查發現，魯班窯石窟第1、2窟間的外立壁上殘留方形孔洞多個；第1窟門拱兩側及第2窟門拱外側有開鑿橫樑的痕跡（圖九）。石窟崖壁及窟前地面殘留有大量遼代磚瓦，方形孔洞應是建築窟檐的柱孔，該石窟在遼代時應建有木構窟檐。2014年，大同市考古研究所對魯班窯石窟的窟頂進行了考古勘察，發現窟頂存在窟檐頂部夯土遺蹟及灰坑遺蹟，窟頂探測區西南部的灰坑內，“文化遺物見有大量遼金時期勾紋磚、板瓦、筒瓦、滴水、白灰牆皮等。”魯班窯石窟的殘留孔洞及開鑿橫樑的痕跡與晉北地區的盤山石窟的孔洞及溝槽極爲相似。由此斷定，魯班窯石窟的孔洞亦屬於木構窟檐建築的遺痕，該石窟有窟檐建築的歷史和基礎。此外，武周川沿岸的雕落寺石窟窟檐建築尚存，石窟的風化及病害程度，較魯班窯石窟明顯較輕。因此，建議恢復魯班窯石窟的窟檐建置，以減少雨水及風沙的侵蝕。

圖九　魯班窯石窟窟頂破碎砌體堆積現狀

目前，魯班窯石窟窟頂堆積物厚重，已造成1窟頂板壓裂、2窟頂板破碎和3窟坍塌。此外，洞窟頂板厚度已不足以承擔其自身重量和頂部擋牆及覆蓋層，需要有外加結構承載頂板重量。因此，建議建築仿古混凝土結構窟檐，其支點落在洞窟範圍之外。首先，對石窟內開展支頂防護，之後拆除頂部破碎巖體和覆蓋層，復位加固未塌落的頂板，並進行頂部防水處理。然後，搭建窟檐，以達到以下五方面的保護功能：一是減輕窟頂荷載；二是爲窟頂破碎危巖體提供着力點，並最大限度保留窟內文物原貌；三是保護洞窟前崖壁雕刻，使其免受風吹、日曬及雨淋的影響，減緩其風化速度；四是支頂加固洞窟外壁，特別是第3窟外壁，增加其穩定性；五是解決其頂板滲水問題，減緩窟內雕刻風化。

四

結論

 魯班窯石窟開鑿於雲岡石窟早、中期，距離雲岡石窟約700米，是雲岡石窟的組成部分，可以視爲其附屬石窟。由於長期處於露天環境，自然地理及氣候條件較差；岩層沉積環境複雜，層理節理髮育，巖性較差且差異較大，病害情況較爲嚴重。經現場勘察，風化、裂隙、危巖體及窟頂砌體堆積是主要病害，其中，風化有溝槽狀、條帶狀及板狀三類，滿布於石窟內外巖體；裂隙廣泛分佈於石窟內壁及窟外立壁，發育種類較多，以構造裂隙爲主，同時發育有風化裂隙、岸邊裂隙和卸荷裂隙。危巖體，主要分佈於洞窟內壁下層、窟門及外立壁，危巖體破壞模式主要以墜落式破壞和傾倒式破壞爲主。窟頂破碎巖體分佈面積較廣、荷重較大，不僅是導致石窟危巖體產生的重要因素，而且對石窟頂板造成嚴重破壞。在“最小干預、保護爲主、搶救第一”的原則下，宜採用裂隙灌漿、錨杆加固、鋼樑支頂防護及混凝土澆築、窟檐搭建等措施和技術消除並防治病害，對該石窟進行保護性修復。

附記：本文爲2016年山西省教育廳人文社會科學重點研究基地項目“北魏以降晉北中小佛教石窟寺調查研究”（項目編號：2016327）、2015年山西省教學改革項目“高校應用轉型視野下文物保護技術專業課程體系建設研究”（項目編號：SJG2015204）、2017年山西省教學改革項目“文物保護技術專業人才培養體系建設研究”（項目編號：J2017098）研究成果。張潤平、魏更喜、孫波、齊迎紅、康敬亭、張玲、燕雲輝等參與了魯班窯石窟的實地調研，爲本文數據及圖片資料的整理做了大量的基礎工作。

文章作者：孫瑜　閆宏彬　張志忠

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文章來源：《中國國家博物館館刊》2018年第09期

責任編輯：梅雅萱

審覈：郝麗君