摩崖石刻文物整體定向脹裂切割搬遷施工技術(shù)

馬永強 張 春 許 劍

西安市建筑工程總公司 陜西 西安 710065

1 工程概況

拉薩市西環(huán)線市政道路工程路線總長29.15 km，包括西環(huán)互通立交橋、加木村隧道、賈熱村隧道、東嘎大橋、堆龍河大橋等，設(shè)計定位為都市主干路，雙向六車道，設(shè)計時速為60 km，分堆龍大道段、拉貢門路段、玻瑪路段3段。其中玻瑪路段蓮花生大師腳印附近山體有藏文物摩崖石刻共7幅（圖1）。為保護少數(shù)民族文化遺產(chǎn)，防止路塹施工過程中山體擾動造成石刻損毀，經(jīng)多方面專家論證，確定將石刻定向脹裂切割并搬遷保存，由此形成摩崖石刻文物整體搬遷施工技術(shù)[1-2]。

圖1 摩崖石刻

2 施工難點

1）本工程涉及的摩崖石刻所在山體存在危石、孤石，在作業(yè)過程中隨時有滾落的風(fēng)險，需要采取措施進行提前防護。

2）蓮花生大師腳印附近有6幅摩崖石刻處在半山腰，其中最高處一幅石刻距離道路邊坡坡腳垂直距離60 m、水平距離70 m且重達幾十噸，吊車無法靠近石刻起吊，為確保石刻安全搬移，必須沿山體修路及吊車平臺。

3）摩崖石刻均處在風(fēng)化巖上，拉薩市早晚溫差較大，水的凍融作用嚴(yán)重，體積最大膨脹量達9%，造成山體巖石風(fēng)化破碎，巖體裂隙較多，完整性差，因此需要對巖石裂縫進行處理。

3 技術(shù)原理

在石刻20 cm外的位置，采用氣腿式鑿巖機按“一”字形打孔的方式預(yù)鉆物理脹裂孔，將直徑大于預(yù)鉆孔一個型號的錐型鋼釬，依次從兩端向中間對稱插入預(yù)鉆孔，同時、同力度將鋼釬擊入預(yù)鉆孔中，利用鋼釬擊入孔中產(chǎn)生的擠壓作用，實現(xiàn)定向脹裂，完成巖體定向切割，鋼釬擊入過程循環(huán)進行，直至巖石完全松動為止。

4 施工流程及操作要點

4.1 施工流程

勘察定位→拆除障礙物→排險→石刻防護和加固→山體主動防護→修路→修平臺→摩崖石刻巖石裂縫處理→巖石定向脹裂切割試驗→摩崖石刻巖石定向脹裂切割→石刻吊運→摩崖石刻的安置及堆放

4.2 操作要點

4.2.1 勘察定位、拆除障礙物

首先派測量人員、防護施工員等專業(yè)人員對山體周圍障礙物進行排查、處理，對可能存在的風(fēng)險予以控制。

4.2.2 摩崖石刻防護及加固

摩崖石刻周圍包裹厚40 cm泡沫板及土工織物，再用間距20 cm的鋼絲繩網(wǎng)對整個石頭進行包裹加固，以防止修路對山體擾動造成文物破壞。

4.2.3 山體坡面防護

1）先采用小型機械與人工配合排除危石、孤石，整修邊坡。

2）對石刻周邊山體覆蓋簡單型主動防護網(wǎng)。主動防護網(wǎng)由多張鋼絲繩網(wǎng)組成，將石刻周邊山體包裹，即使有落石也只能在網(wǎng)內(nèi)運動，確保文物與施工人員的安全。鋼絲繩網(wǎng)上下交錯編織，不得有斷絲、脫絲現(xiàn)象；交叉節(jié)點處用扣壓件固定，扣壓件厚度不小于2mm，并采用鍍鋅處理，鍍鋅層厚度不小于8 μm；接頭處用搭接件壓接，鋼繩露出搭接件長度至少為10mm。

4.2.4 修路及吊車平臺

沿蓮花生大師腳印附近山體東邊修坡度8%、寬度9 m的砂石道路至石刻附近處。由于此山體比較陡峭，而且基本是風(fēng)化石及孤石，所以必須先爆破沿途路段的大石頭，再用挖掘機人工輔助鋪設(shè)道路，以保證運輸車輛正常通行，同時在石刻附近修25 m×25 m平臺，方便吊車安置，必要時修筑分級平臺。

4.2.5 摩崖石刻巖石裂縫處理

為確保巖石切割過程中藏文物摩崖石刻的完整性，對巖石產(chǎn)生的裂縫必須進行注漿加固處理。步驟如下：

1）對裂縫表面進行剔打，去除四周松散碎塊，保證后期注漿效果。

2）清縫。可用高壓水槍或高壓空氣流沖洗，水洗的裂縫在灌漿前必須先用空氣吹干，保證粘接強度。

3）對裂縫處注環(huán)氧樹脂AB膠。

4.2.6 摩崖石刻巖石定向脹裂切割

為保證石刻切割順利進行，先選擇該山體上的同類巖體進行試驗性切割，為正式切割提供依據(jù)。摩崖石刻文物整體定向脹裂切割具體步驟如下：

1）根據(jù)摩崖石刻的范圍確定切割邊沿。一般在石刻四周外延20 cm處畫線定位。

2）采用氣腿式鑿巖機按“一”字形打孔方式預(yù)鉆物理脹裂孔。YT28型氣腿式鑿巖機鉆孔直徑范圍在34～42mm之間，可根據(jù)巖石硬度和石刻大小綜合確定。當(dāng)巖石飽和單軸抗壓強度大于30 MPa時，應(yīng)選取直徑36mm、深1.2 m且間隔20mm排列的脹裂孔；當(dāng)巖石飽和單軸抗壓強度小于等于30 MPa時，可選取直徑40mm、深1.2 m與1.0 m且間隔25mm排列的脹裂孔（圖2）。打孔開始時，鑿巖機應(yīng)慢速運轉(zhuǎn)，待孔位穩(wěn)固并鉆進20～30mm后，再把操縱閥手把扳到中速運轉(zhuǎn)位置鉆進，當(dāng)鉆進約50mm，且鉆頭不會脫離孔口時，再全速鉆進，退出時，應(yīng)慢速緩緩拔出。打孔過程中給水要均勻適當(dāng)，經(jīng)常檢查風(fēng)管與水管的連接是否牢固，有無脫扣現(xiàn)象，若接頭不牢，應(yīng)停鉆處理好后再開鉆。2臺鑿巖機同時作業(yè)時，應(yīng)保持1 m以上的安全距離。打孔時，應(yīng)先開風(fēng)管、后開水管，停鉆后，應(yīng)先關(guān)水管、后關(guān)風(fēng)管，并應(yīng)保持水壓低于風(fēng)壓，不得讓水倒入鑿巖機氣缸內(nèi)部，不應(yīng)用彎折風(fēng)管的方法停止供氣。作業(yè)完成后，應(yīng)關(guān)閉水管閥門，卸掉水管，進行空運轉(zhuǎn)，吹凈機內(nèi)殘存水滴，再關(guān)閉風(fēng)管閥門。

3）將直徑大于預(yù)鉆孔一個型號的錐型鋼釬，依次從兩端向中間對稱插入預(yù)鉆孔（圖3）。

圖2 脹裂孔布置

圖3 插入錐型鋼釬

4）同時、同力度將鋼釬擊入預(yù)鉆孔中，利用鋼釬擊入孔中產(chǎn)生的擠壓作用實現(xiàn)定向脹裂切割，鋼釬擊入過程循環(huán)進行，直至巖石完全松動為止（圖4）。

在切割過程中，派專業(yè)人員全過程跟蹤查看巖石變形，若出現(xiàn)沒有按照預(yù)設(shè)方向脹裂等異常情況，應(yīng)立即停止施工，請專家現(xiàn)場鑒定分析，經(jīng)調(diào)整鋼釬擊入順序等處理措施后方可繼續(xù)切割。當(dāng)巖石過厚時，應(yīng)在側(cè)面進行脹裂切割，巖石切割完成后保證摩崖石刻厚度至少為1 m。

4.2.7 石刻吊運

切割的石刻質(zhì)量達數(shù)噸至十余噸，需要利用吊車進行搬遷。吊運時通過繩帶將石刻纏繞起吊至大卡車上，就位后將橡膠材料包裹在石刻周圍并固定石刻（圖5）。卡車行駛途中要控制車速，在路不平時，更要減速慢行，確保摩巖石刻在運輸過程中的安全。運至指定位置后應(yīng)將其按相應(yīng)位置擺放整齊并做好保護措施。若在起吊或搬運過程中產(chǎn)生損壞，應(yīng)采取云石膠黏結(jié)等有效措施予以補救。

圖4 脹裂切割

圖5 石刻吊運

5 過程控制

1）為確保開采搬遷施工的科學(xué)性及安全性，應(yīng)按照先易后難、先簡單后復(fù)雜、先上后下的施工順序進行施工。根據(jù)現(xiàn)場石刻的特點及現(xiàn)狀，采用機械及人工協(xié)同作業(yè)。

2）施工前應(yīng)按施工方案要求對參加文物搬遷的人員進行技術(shù)交底，要求所有施工人員熟悉方案，掌握開采、吊運的方法和程序，以保證開采、吊運工作安全順利完成。

3）起重機、平板車作業(yè)要分工明確，指揮人員必須充分理解施工方案，嚴(yán)格按方案措施施工，做到統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)一致。

6 工程實施效果

6.1 社會效益

本技術(shù)實現(xiàn)了摩崖石刻文物整體快速搬遷，保護了文物的完整性，一定程度上解決了工程建設(shè)與文物保護間的矛盾，取得了良好的效果，受到業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理等單位的好評，社會效益顯著。

6.2 經(jīng)濟效益

本技術(shù)采用主動防護系統(tǒng)＋定向物理脹裂切割施工方法，縮短了工期，切割效果好，省去了后期修補費用，有效減少了石刻的搬遷花費，取得了很好的經(jīng)濟效益。

7 結(jié)語

我國文物保護工作任重道遠，在工程建設(shè)中，建設(shè)單位、施工單位應(yīng)避免破壞式開發(fā)，以減少對古文物、古建筑的破壞[3-5]。本工程的摩崖石刻搬遷施工就是解決工程建設(shè)與文物保護矛盾的有效嘗試，同時形成的摩崖石刻文物整體定向脹裂切割搬遷施工技術(shù)，對今后類似施工有很好的借鑒意義。