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秦始皇帝陵园有两重城垣早已广为传播，但城垣具体什么样以及城垣对陵园朝向的影响等学术课题，却一直鲜为人知。为破解这个谜团，陕西的考古工作者自2010年初开始了大量的考古调查勘探工作，已探明这个恢宏的帝陵被共计长约10000米的两重城垣包裹。
秦陵外城是内城的“放大版”
人们习惯上将秦始皇帝陵园的两重城垣称为内城和外城。在内城之内的南半部，核心处耸立着秦始皇陵的高大封土。那么，两重城垣之间的空间关系怎么样呢？
根据勘探，秦始皇帝陵园的内城南北墙分别与南北侧的外城墙保持相同的距离，这个数据都是420米；同样的是，内城的东西墙与对应的外城东西墙之间的距离也基本相同，其数据则约为185米。这明确地显示着，秦始皇帝陵园的内城处于外城的相对中心。
实际上，这种中心部位的空间配置特点，尤其表现在外城是内城同比例放大的结果。经测量，秦始皇帝陵园的外城东、西墙的长度约为2187米，内城东、西墙长度约为1337米，其比例系数为1.63；外城南、北墙的长度为969-972米，内城南、北墙的长度为591-598米，其比例系数为1.63。两重城垣总长度约10000米。
专家测算，秦始皇帝陵园的外城总面积约2125800平方米，内城总面积约799500平方米，其比例系数约为2.66，约为前一个比例系数1.63的平方。结合外城垣基本上为同向的内城垣同比例放大的结果，放大的比例系数约为1.63，外城可说是其内城的“放大版”。当然，要弄清楚这个数据的象征意义，还有待研究。
内外城垣结构明显不同
起初考古人员一直认为秦始皇帝陵园的内外城垣宽度都在8米左右，其结构应当是一样的，但是考古的结论却明显不同。
根据对陵园内城南墙的试掘情况，表明南墙的墙基宽8米，墙体宽3.5米，依墙体的内外建有廓房，廓房建筑宽1.37-1.4米，散水宽0.93-0.98米。但在陵园外城墙的结构形式上，现在城垣宽度保持在7.2米左右，没有发现廓房及散水建筑遗迹和建筑材料，其建筑形式明显不同于内城墙。
除了地面上的结构之外，考古人员还搞清楚了内城墙体的立体构筑方式。以内城北墙试掘为例，首先从原来秦代地表向下开挖一宽8.35米深1.86米的基槽，然后逐层夯打高2.24米的夯土城垣夯土基础。此时要注意的是，城垣夯土基础北边高出原地表0.38米，南边高出原地表0.3米时，要在夯土基础中部连续向上夯土基础用土回填覆盖，铺垫成一个斜坡，起到保护城墙及墙基的作用。
如今虽基本清楚了陵园内外城垣的形制和结构，其结构不同应有功能等方面的区别所致，但是墙垣总体上保存情况不容乐观，多呈现为一段一段的残垣，尤其是致使墙垣的高度、城垣的顶部建筑等情况无从得知，给后人留下无穷遗憾。
曾遭洪水之害
针对秦始皇帝陵园的科学考古工作起源于1962年，其时陕西省文物管理委员会组织了对秦始皇帝陵园的第一次全面考古勘察工作，测绘出第一张陵园平面布局图，发现了诸多城垣等遗迹遗物。但是受两千多年的自然和人为破坏，古今地形地貌已有很大变化。
2010年以来，为了给国家遗址公园的建设和规划提供第一手的考古勘探资料，秦始皇帝陵考古队对陵园城垣及附近部分地区进行了复探，首先发现如今的陵园地形则主要是遭到南部山区的洪水之害，使陵园内长期形成并存在着多条河道。
勘探调查表明，秦始皇帝陵园(尤其是南部)的自然破坏主要来自于多条洪水形成的河道。从地理位置判断，最具破坏力的一条河道的洪水，应当来自骊山北麓最大的山口大水沟。这条河道由外城东侧进入陵园，冲刷破坏了陵园外城的东南角，并进入陵园东部，沿东内外城间向北倾泻而下，从而对陵园东部区域的遗迹造成了很大破坏。
引人注意的是，秦始皇帝陵园的中北部区域可能也被来自东侧的洪水冲刷，内外两部分洪水的共同作用使外城东墙的大部分区段受到不同程度的破坏，外城东北角区域破坏最为严重。
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