溫少杰

（太原市文物保護(hù)研究院，山西 太原 030000）

1 項(xiàng)目背景

三晉名剎永祚寺，俗稱“雙塔寺”，坐落于山西省太原市東南方向的山崗上，是一處集歷史人文與自然風(fēng)光于一體的游覽勝地。2006年5月被公布為第六批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。

據(jù)寺內(nèi)宣文佛塔剎頂寶瓶外壁的銘文記載，永祚寺始建于明萬歷二十七年（1599）。當(dāng)時為了補(bǔ)輔太原文運(yùn)不足，興盛士風(fēng)，以傅霖為首的縉紳、學(xué)士初建一座風(fēng)水塔，即文峰塔（東塔），寺名“永明寺”。文峰塔建成九年后，明萬歷三十六年（1608），在晉王朱敏淳的倡導(dǎo)、邀請和萬歷皇帝母親慈圣宣文皇太后的資助下，五臺山住持妙峰法師又增建一座新塔“宣文佛塔”以及無梁殿建筑群：大雄寶殿、三圣閣、兩耳方丈和西禪堂、東客堂，形成了“兩峰插天”、樓閣巍然的大觀，并改寺名為“永祚寺”。歷代地方志都把“凌霄雙塔”作為太原古八景之一，被譽(yù)為“晉陽奇觀”。姚奠中老先生在《永祚雙塔四百周年記》中寫道：“永祚之所以著名，既在于大殿牡丹，更在于雙塔?！新眠h(yuǎn)來，遙見塔影，即知太原將至；公私外出，回首塔身，漸遠(yuǎn)漸沒，難盡依依之懷。唯此，雙塔不僅為古城之標(biāo)志，殆同于多情之主人”?？梢娪漓袼码p塔不單是一處古建筑文物，更是太原人民的情懷所寄托，見證了太原市四百多年的發(fā)展歷程。

然而四百年來，由于地基的不均勻沉降，地基承載能力的不足，地下水位的差異變化，偏心受壓導(dǎo)致惡性循環(huán)，以及地震的影響，文峰塔傾斜嚴(yán)重。1989年，專業(yè)人士對文峰塔進(jìn)行了精準(zhǔn)測量，數(shù)據(jù)顯示其塔尖相對中心位移將近2.28m，塔身扭曲變形極為嚴(yán)重，同時還對塔基地質(zhì)進(jìn)行了勘察；1992年，對文峰塔進(jìn)行了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、塔底靜壓力、塔體材料抗壓強(qiáng)度等一系列理化檢測工作；1993年，文峰塔的中心點(diǎn)已向西北傾斜至2.86m；1995年7月，太原市政府聘請我國著名的糾偏大師曹時中先生開始糾偏維修文峰塔，采用沉井法，成功將斜度縮小為0.86m，引起全國文物科學(xué)專家學(xué)者的普遍關(guān)注；1996年開始對文峰塔塔基進(jìn)行加固及維修，并對塔身殘破扭曲變形進(jìn)行了整修等工作，讓雙塔“延年益壽”，恢復(fù)和保持了原有的風(fēng)貌。

近年來，預(yù)防性保護(hù)的相關(guān)理論已成為文物保護(hù)領(lǐng)域的主流理念，我們作為文物保護(hù)研究的從業(yè)人員也在積極轉(zhuǎn)變保護(hù)觀念，踐行預(yù)防性保護(hù)理念，對永祚寺宣文塔、文峰塔及大雄殿等建筑進(jìn)行傾斜和沉降觀測。本文主要對監(jiān)測的方法進(jìn)行初步探討和對一段時間內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 變形監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的建立和監(jiān)測方法

2.1 監(jiān)測思路（技術(shù)路線）

2.1.1 傾斜觀測

①布設(shè)平面控制網(wǎng)（GPS靜態(tài)＋地面觀測邊長，聯(lián)測已知點(diǎn)，作為起算數(shù)據(jù)）。

②前方角度交會，測得變形點(diǎn)坐標(biāo)。

③求圓心方程，求得塔心坐標(biāo)。

④三角高程求變形點(diǎn)高程，進(jìn)而求得塔心高程。

⑤各層塔心對照，求得塔的傾斜。

2.1.2 沉降觀測

①布設(shè)高程控制網(wǎng)（水準(zhǔn)聯(lián)測已知點(diǎn)，作為起算數(shù)據(jù)）。

②沉降觀測。

2.2 監(jiān)測頻率和周期

觀測頻率和觀測周期的確定以能系統(tǒng)地反映所測建筑物的變形過程為原則。由于雙塔從糾偏后二十多年未進(jìn)行過變形觀測，因此我們將其中前兩期觀測間隔定為半年，后續(xù)為每年一次。其中，首期觀測值是整個變形測量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，兩次同精度獨(dú)立觀測，可以保證初始值有足夠的可靠性。目前，我們采用已完成三期的觀測任務(wù)做數(shù)據(jù)分析，三期觀測任務(wù)分別在2018年1月完成第一期，2018年7月完成第二期，2019年8月完成第三期。

2.3 基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

2.3.1 確立觀測起算點(diǎn)

太原市二等水準(zhǔn)網(wǎng)（2016年實(shí)測），可作為沉降觀測基準(zhǔn)，其中二等水準(zhǔn)點(diǎn)“迎澤檢察院”“松莊村委會”“太原市實(shí)驗(yàn)中學(xué)”可作為沉降觀測起算點(diǎn)。

太原市C級GPS網(wǎng)（2015年實(shí)測），可作為水平位移觀測基準(zhǔn)，其中“測繪院”“鐵?！薄摆w璧溝標(biāo)”可作為水平位移觀測起算點(diǎn)。

這些控制點(diǎn)均遠(yuǎn)離變形區(qū)域，位置穩(wěn)定，易于長期保存。

2.3.2 定位基礎(chǔ)

平面坐標(biāo)系：太原獨(dú)立坐標(biāo)系。高程基準(zhǔn)：大沽高程系。

2.3.3 精度指標(biāo)

依據(jù)項(xiàng)目的具體要求，參照《建筑變形測量規(guī)范JGJ8-2016》，項(xiàng)目變形監(jiān)測的級別定為二等，即水平位移監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)中誤差±3.0mm，沉降監(jiān)測點(diǎn)測站高差中誤差±0.5mm。

2.3.4 平面基準(zhǔn)點(diǎn)的選埋

結(jié)合場地條件，埋設(shè)15個具有強(qiáng)制對中裝置的觀測墩，另利用舊有觀測墩1個。點(diǎn)名按內(nèi)外命名為N1—N7，W1—W9。

結(jié)合以上幾點(diǎn)要求并經(jīng)現(xiàn)場踏勘，控制點(diǎn)布設(shè)如圖1。

2.3.5 高程基準(zhǔn)點(diǎn)的選埋

選取5-6個水平位移觀測墩，直接在水平位移觀測墩上布設(shè)，作為高程基準(zhǔn)點(diǎn)。標(biāo)石及其水準(zhǔn)標(biāo)志埋設(shè)完成、凝固穩(wěn)定后，利用水準(zhǔn)儀或全站儀測量各觀測墩強(qiáng)制對中標(biāo)志和水準(zhǔn)標(biāo)志的高差。

2.3.6 變形點(diǎn)的選取與布設(shè)

綜合考慮所要反映的變形量，各變形點(diǎn)布設(shè)要求如下：

①傾斜觀測點(diǎn)布設(shè)在塔的一層、六層和十一層拐角處。兩個塔共計(jì)48個。標(biāo)志為直徑15mm的不銹鋼球。

②雙塔的沉降觀測點(diǎn)布設(shè)在塔基礎(chǔ)拐角的承重部位，兩個塔共布設(shè)16個點(diǎn)。

4座殿堂的沉降觀測點(diǎn)布設(shè)在每座殿堂4個基礎(chǔ)拐角的承重部位，共布設(shè)16個點(diǎn)。

2.4 觀測方法

2.4.1 平面控制網(wǎng)

首期觀測，需聯(lián)測“測繪院”“鐵?！薄摆w璧溝標(biāo)”，之后各期觀測不需聯(lián)測。點(diǎn)N4不具備衛(wèi)星定位觀測條件，需利用全站儀觀測數(shù)據(jù)平差求得。

①衛(wèi)星導(dǎo)航定位測量。GPS網(wǎng)觀測采用靜態(tài)觀測模式，基本技術(shù)要求如下：網(wǎng)形的連接方式采用邊連式；截止高度角≥15°；有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥6；數(shù)據(jù)采樣間隔15s；PDOP值≤5；時段長度180min；觀測時段數(shù)1。

②全站儀測量?？刂凭W(wǎng)外部控制點(diǎn)平均邊長在100m左右，內(nèi)部控制點(diǎn)平均邊長在50m左右，對可通視的控制點(diǎn)利用全站儀測量邊長、水平角、垂直角。

觀測方法：開始測量 → 測量＋ → 多測回測角（中國版）→ 測站設(shè)置（輸入測站、測站點(diǎn)號、觀測測回?cái)?shù)、儀器高，輸入水平角、垂直角、距離觀測的各項(xiàng)限差 → 學(xué)習(xí)測量（輸入點(diǎn)號、目標(biāo)高、棱鏡類型、找準(zhǔn)目標(biāo)后點(diǎn)測存、照準(zhǔn)下一點(diǎn)，完成后點(diǎn)完成 → 自動測量（儀器開始自動觀測，自動觀測完成后點(diǎn)確認(rèn)）。

2.4.2 高程控制網(wǎng)

按照國家二等水準(zhǔn)測量要求，采用水準(zhǔn)測量的方法，與太原市測繪研究院二等水準(zhǔn)點(diǎn)、“迎澤檢察院”“松莊村委會”“太原市實(shí)驗(yàn)中學(xué)”聯(lián)測，平差獲得工作基點(diǎn)的高程，作為起算高程。

歷次觀測是通過與工作基點(diǎn)間聯(lián)測一條閉合水準(zhǔn)線路，由線路的工作點(diǎn)來測量各觀測點(diǎn)的高程。

2.4.3 傾斜觀測

①按照三角高程測量的要求，測得一層、六層、十一層的角點(diǎn)高度和頂部的高度。

②采用前方角度交會方法，利用N1—N7基準(zhǔn)點(diǎn)采用前方邊角交會的方法觀測一層的8個點(diǎn)，利用W1—W9基準(zhǔn)點(diǎn)采用前方角度交會的方法觀測十一層的8個點(diǎn)，利用N1—N7和W1—W9基準(zhǔn)點(diǎn)采用前方角度交會的方法觀測六層的8個點(diǎn)。

③傾斜觀測數(shù)據(jù)處理。

④傾斜觀測結(jié)果（表1）。

表1 傾斜觀測結(jié)果

⑤傾斜觀測成果分析（表2～表4）。

表2 第一、二期塔心坐標(biāo)對比表觀測值

表3 第二、三期塔心坐標(biāo)對比表觀測值

表4 塔心坐標(biāo)累計(jì)變化量

由表1～表4可知，雙塔第一、二期間，第二、三期間，以及累計(jì)的變形量，小于極限誤差±6.0mm（即位移監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)中誤差±3.0mm的2倍）。因此認(rèn)為雙塔的位移監(jiān)測點(diǎn)在這三期之間沒有變形或變形不顯著。

2.4.4 沉降觀測

沉降觀測按照高程控制網(wǎng)的觀測方法和要求，對32個沉降點(diǎn)進(jìn)行了2次獨(dú)立觀測。以W3點(diǎn)的高程作為起算點(diǎn)，對雙塔寺的高程工作網(wǎng)進(jìn)行平差。第二、三期，高程基準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測后，對所有基準(zhǔn)點(diǎn)分別按照兩兩組合，計(jì)算當(dāng)期平差后的高差數(shù)據(jù)和上期平差后高差數(shù)據(jù)之間的差值。經(jīng)計(jì)算，所有高差差值不大于限差。根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范 JGJ8-2016》中5.4.2的規(guī)定，當(dāng)所有高差差值不大于限差時，可認(rèn)為基準(zhǔn)點(diǎn)“雙塔寺W3”穩(wěn)定，二、三期的沉降點(diǎn)高程計(jì)算中采用的是第一期“雙塔寺W3”的高程值。用徠卡測量LGO軟件對雙塔寺W1、W3、W8、W9、N3、N5構(gòu)成的閉合線路平差計(jì)算，可得沉降數(shù)據(jù)（表5）。

表5 沉降觀測數(shù)據(jù)

由表5可知，沉降比較均勻。

3 監(jiān)測中出現(xiàn)的問題及解決辦法

①不銹鋼觀測墩溫度變形問題。第一期觀測，發(fā)現(xiàn)不銹鋼墩因向陽側(cè)和背陰側(cè)的溫差存在輕微的變形，后對其不銹鋼墩進(jìn)行了保溫處理，解決了該問題。

②夏天樹木生長茂盛，遮擋嚴(yán)重，觀測時有4個點(diǎn)只有兩個方向通視，沒有多余觀測條件。茂密的樹葉對GNSS觀測影響較大，GNSS測量控制網(wǎng)的精度整體有所降低。第一期的觀測時間是冬季，沒有樹葉遮擋，觀測條件較好。建議以后在冬季進(jìn)行觀測。

③對比三期控制點(diǎn)坐標(biāo)可知，控制點(diǎn)發(fā)生了位移。一方面不銹鋼觀測墩的平面位置通不過檢驗(yàn)，另一方面，沉降量出現(xiàn)了負(fù)值。主要因?yàn)椴讳P鋼觀測墩的效果比混凝土觀測墩要差一些，埋設(shè)的控制點(diǎn)應(yīng)經(jīng)過一個凍土期和雨季的靜置。

4 總結(jié)

①從數(shù)據(jù)分析表明，永祚寺雙塔均朝西北方向傾斜，反映了雙塔的保存狀況，為今后的保護(hù)和管理提供了依據(jù)。

②測量的所有點(diǎn)位都有照片記錄存檔，以便日后繼續(xù)監(jiān)測使用。

③建議今后增用先進(jìn)的三維激光掃描技術(shù)，建立三維模型，為雙塔的保護(hù)和修繕提供更有利的保障。