火文化/先秦及西汉时代的几个石头工程分析

本文为主论文《秦汉的碑石及钢铁冶金技术》（公众号 发表于2024-05-17）的辅助论文，叙述秦汉时期攻克石头构筑石头工程的技术方式。在没有克石的钢铁工具时代，采用火烧石头，泼水激冷使石头崩裂的技术方式，用了八年时间打通 都江堰 宝瓶口那座石头山。

要从钢铁工具的发展史来解释中国秦汉的碑刻发展，还必须要同时回答，秦汉时期除碑刻以外的其它石头工程与克石工具的相互关系。只有能对 石作工程 的加工情况也能通顺解释，才能让主论文里钢铁工具与碑刻发展的关系论述，站立得更牢靠。本文，是用同一种技术观点来说明秦汉时代的钢铁工具与石头工程的关系，是主论文的附件。

从古代遗留下来的石作工程和石作物来看，早期的石作工程多半是选择较易施工的沙岩，如CCTV·“探索与发现”节目里播放过，春秋时代“勾践藏兵洞”就是在沙岩体上开凿的巨大岩窟，青铜工具可以对付砂岩和石灰岩。青铜工具和早期铁具如果要用来攻克坚硬的石头如花岗岩之类，那必然是用大量消耗工具和体力，以极低的工效来施工，这就是许多文献里记载一个帝王侯陵墓要数万人或者数十万人劳作几年甚至几十年。

岩石的自然存在比人类社会历史久远的无可比拟，人类社会不同历史阶段使用着不同的攻石技术工具，对付的是性能相对“古今不变”的各色岩石，因此不同的历史阶段人类能征服的岩石种类表现为从易到难，从软到硬。《中国大百科全书·地质学卷》P582“岩石”条文里，给出了“常见岩石的某些物理特性”表。本文把这张岩石特性表(表一)数据抄录如下（由于资料版本年代较早，表里的物量单位是原来的工程制单位，遗憾没有岩石的直接硬度数据）：

表一，  常见岩石的某些物理特性

从上表可以看出，岩石的抗压能力都很大，石材用到各种工程结构里当作基础和承受压力的构件（如建筑物的地基和柱子）。岩石在外力作用下的破裂，都是所受到的拉应力或剪切应力大于其抗拉强度时发生的破坏，在本文讨论的工程实例就是金属楔子挤进凿石的孔里，在两个孔洞之间的石头体形成强大的 拉应力场，最后导致石头沿一组孔洞的连线裂下。将毛条的荒石材进一步剔除表面的凸凹，取得石材平整，石头受到的是剪切加力的方式。当倾斜的凿子或刻刀受到锤子的冲击斜向前走，凿尖端部位对石头产生很大的剪切应力，超过石头的抗拉强度时，石头发生局部的破损，成为碎末脱离母体，留下凿痕凿槽。用凿子或者钢钎子在石头上打孔，是对石头施加正面的压力，在凿子的尖端产生了很大的压应力，超过了岩石的耐压强度时，石头掉下碎块粉末，于是钢钎就能逐渐打出炮眼或者孔洞。

中国历史上青铜器时代古老的 石作工程，多半是砂岩或者石灰岩的。随着钢铁工具的进步，中国的 石作工程后来发展到了花岗岩一类坚硬材质。

在讨论碑刻与金属工具的历史关系那篇主论文里，不能用大量的文字来论述先秦和西汉时期的一些非碑刻石作与其历史时代的克石工具的关系；然而，各个时代石作工程的状态，明显是与当时代的克石工具技术水平密切相关。用钢铁材料技术史来分析中国秦与两汉的碑刻状态，不仅要比较合理地解释碑刻的客观情况，还要同时能解释碑刻以外的其它 石作工程。本文，作为主论文的附件，利用现代考古工作的成果，专门说明秦和西汉时代的一些石作工程是如何在简陋的钢铁工具下开凿出来的。

1， 都江堰的宝瓶口凿岩工程

战国时代秦昭王三十年（BC271）前后，蜀郡守李冰着手治理岷江的水利工程，用了十四五年的时间，努力凿石劈山，筑堰修渠，引岷江水灌溉成都平原。称为“宝瓶口”的引水口渠段是都江堰工程的总体进程里的关键项目，只有这段渠口工程有实用的价值了，其它的堤堰工程才有实在的意义。为了凿开玉垒山，工程的建设者们先期顽强、坚韧地耗用了八个年头的时间。玉垒山的山体是坚硬花岗岩，在只有青铜工具和初期铁器的战国时代，李冰采用火烧岩石冷水浇激的工程办法来破碎山岩，克服了早期铜铁不能克石的困难。这种传说中的火烧水激的办法是否有效呢？CCTV·“走近科学”栏目专题报道了当代学者对此问题的工艺验证，实践证明，在没有坚硬铁器的历史年代，这是一种攻克坚硬岩石的有效工程措施[C1]。当然，它的工期拖得很长，而且要耗费大量的森林树木当柴烧火。

可以用钢铁材料在淬火（从八九百度的红热状态下入水急冷）时，产生裂纹（废品）的理论，来解释岩石烧热后水激冷而破脆；在本文里不冗述。

袁维春先生在《秦汉碑述》[C2]P44叙述，秦始皇《峄山石刻》“相传为魏武帝曹操登峄山时令人推倒，后为邑人焚毁。”笔者以为，史料里“邑人焚毁”石碑，碑所以会被“焚”而“毁”，就在于（烧后水激这种）急速的冷热变化，会使碑石酥脆而裂，遭到毁灭性的破坏。杜甫留下了“峄山之碑野火焚，草木传刻肥失真”的诗句。邑人焚毁石碑的举动，与《史记·秦始皇本纪》里暴君下令对诅咒他的文字刻石“燔销其石”联系起来，可能在火药发明之前，要破碎坚硬的石头，火烧水激是一种简单有效的技术。

同样，在[C2]P71记载，东汉时一块《三老讳忌字日记》石碑在清代余姚县出土，“后经战乱，被用作灶石，虽受熏灼，幸字完好。”显然，用作灶石的碑，不会面临做饭烧热之时，即刻用凉水去泼灶的荒唐行事；再者，做饭的炉灶，整个灶膛的燃烧加热对象是锅不是灶石，在灶石与燃料、火焰之间有灶膛糊泥层，（还有灶内先前余留下的灰烬，民间往往在新砌筑的灶里填进一些柴灰）这种灶石受热的方式与“邑人”烧碑的举动迥异。这是灶石碑虽烧也完好地留了下来的技术解释。

笔者撰写都江堰烧石劈山时，正是2008-06-12汶川特大地震后，宝成铁路109号隧道遭到损坏的抗震抢修时段。强烈的地震使得正通过109号隧道的一列运送航空煤油的火车脱线，几百吨航空煤油在隧道内猛烈燃烧造成严重次生灾害。为了尽快抢通109隧道恢复宝成铁路运输，救险的工程队抽吸路线下嘉陵江水来喷、灌隧道灭火。所以非常关心109隧道的灭火和抢修，也想借用偶遇的现代实际工程事例来检验笔者的论文观点。笔者初次看到109隧道灭火的电视画面时，就想到这航空煤油在隧道里燃烧的火力，远远超过了李冰时代烧山石的火力；激水灭火的水量和激冷速度也……对109隧道内岩石体的破坏力量，导致对109隧道的安全性保证成为了一项严峻的善后工程。109隧道抢通以后的一个多月里，只货运没有客运。后续的电视报道里可以看到对109隧道岩体打孔灌浆锚固，以及敷设铁丝水泥网加固岩体表面。经过一个多月的修缮后，用限速45km / h  的方式开通了旅客列车。并且决定，109号隧道段线路重新选线，改走嘉陵江河谷的对岸。为此，要另外开凿新的隧道并架设几座新的铁路桥，要避开存在着病患的旧109隧道。地震区里未曾遭受火烧水激的其它隧道，未见改线的报道。

2， 秦始皇陵的巨型石雕传说

《史记·秦始皇本纪》记载，始皇“发北山石椁”，但是没有关于秦陵更多的石刻信息。民间传说，始皇陵有一些大型石刻物，可惜都没有有关文字信息遗存到今天；相比较，那十二只大铜人虽在后也世被损毁，却还留下了一些史料。等待今后进一步的发现新史料、新出土文物。

3， 河北满城西汉中山王崖墓

河北满城西汉中山靖王刘胜及其妻窦绾的陵墓里，因为出土了金缕玉衣而闻名世界。

中山靖王刘胜的崖墓入葬在西汉武帝元鼎四年（BC113），是一座在石质山岩体里凿掘出来的石窟墓。依据文物考古学家郑绍宗先生的专著《满城汉墓》介绍，满城汉墓的陵山是一座由石灰石形成的山峰[C3]P56。从表一的数据可知，石灰岩的抗拉强度是岩石里最低的一类。古人恰好碰上了这种相对容易加工的岩石，用早期的钢铁工具凿成了中山靖王的岩洞墓穴。

由北京科技大学（原北京钢铁学院）冶金史专家陈建立、韩汝玢的专著《汉晋中原及北方地区钢铁技术研究》[C4]专用第四章讨论《汉诸侯王陵出土铁器的制作技术》。这本书P71 写道：“汉王陵出土的铁器中，块炼铁和块炼渗碳钢制品还普遍存在。例如满城1号汉墓出土的刘胜佩剑、钢剑和金错书刀都是块炼渗碳钢制品，铁甲片是块炼铁锻打而成。”

不言而喻，工匠们使用的工具，其制作材料的等级会比诸侯王佩剑之类的材料等级低下。

也是[C4]P71里，冶金史的专家们指出：“苗长兴对河南古代136件钢铁制品研究结果表明，东汉以后的铁器中则不再发现有块炼铁制品，这是因为炒钢技术发展及炒钢制品大规模使用的结果。”

4， 济南西汉济北王石墓穴

文献[C4]里没有提到济南的西汉时期济北王墓的修建工具。

在CCTV-10的《探索与发现》栏目里，播放过在济南市郊县发现的西汉济北王墓。该王墓在岩石山上凿出甲字型的墓穴，从视频截取的画面来看，该王墓所在的岩体是一种破碎岩层。汉武帝时期的凿石铁器凿造出这里的岩石，可以努力干成。视频节目里，探讨了墓穴壁上有一些特意凿出的浅坑，是用来象征诸侯王墓的“黄肠题凑”。凿出“黄肠题凑”浅石坑的工具，还不具备镌刻文字碑石的功能。

5， 徐州狮子山、龟山西汉楚王崖墓

[C4]P66的表格，是徐州狮子山楚王陵出土的铁器鉴定结果。其中的铁刀（2432）是炒钢与块炼钢锻打；铁釜（2433）为白口铁铸件；凿（2440-1），铸铁脱碳钢锻打；凿（2440-2），炒钢叠打局部淬火；凿（2450），炒钢淬火；凿（2457），块链渗碳钢叠打；凿（2459），炒钢与块炼渗碳钢叠打局部淬火；凿（2460），两块炒钢折叠锻打局部淬火；钎（2458），块炼铁锻打；矛（2453），块炼渗碳钢叠打；矛（2454），炒钢叠打。

文献[C4] 的作者对于上述狮子山楚王墓出土的铁器，得出了分析结论“狮子山铁器中炒钢制品的发现，又为炒钢技术的发明、使用提供了新的例证，并且它们是迄今为止最早的炒钢制品，表明西汉早期（公元前2世纪中叶）中国已经发明了炒钢技术（P72）。

西汉早期的钢铁工具已大量用来凿石头，造成了石质墓坑；从这座石墓里出土了很多凿石工具，但是，还没有出现刻碑的工具。

6， 广州象岗南越王石砌墓及石砌水渠

1990-07，笔者出差广州时专门去参观了象岗的南越王墓。给笔者留下深刻第一印象的是，墓室采用笔者熟悉的砂岩石板来建造，而且墓门顶上的两层承重石板都已经被重荷压断，但还在原来的位置上没有脱落。如果是采用比砂岩坚强的石板，则不会被压断裂；但是，砂岩易于加工。

笔者从网络上搜索，见到了南越王墓发掘者的口述资料整理，该墓确实是用红色砂岩石板砌筑.( http://tech.sina.com.cn/d/2006-10-30/13581210166.shtml)。南越王宫署遗址里清理出来的石砌水渠，CCTV节目里也介绍，是用广州近郊的砂岩石来修筑。

参考文献目录

[C1] CCTV关于都江堰开凿宝瓶口水渠的电视节目，石门悬疑。http://www.cctv.com/program/zoujinkexue/20051128/101585.shtml

[C2] 袁维春. 秦汉碑述。北京：北京工艺美术出版社，1990-12

[C3] 郑绍宗，满城汉墓。北京：文物出版社，2003-04

[C4] 陈建立、韩汝玢，汉晋中原及北方地区钢铁技术研究。北京：北京大学出版社，2007-01

本文收稿日期为2008年7月1日

本文发布日期为2008年7月3日http://www.guwenzi.com/SrcShow.asp?Src_ID=467

2024-05-18  公众号 金岷KC