前言

被稱作“基建狂魔”的中國，其地下掘進利器——盾構(gòu)機，早已成為地鐵網(wǎng)絡(luò)延伸、跨山越江隧道貫通的絕對主力！可回溯至本世紀(jì)初，我們連最關(guān)鍵的主軸承都無力自產(chǎn)，核心技術(shù)命脈被德國牢牢扼住。

這枚深嵌于盾構(gòu)機中樞的主軸承，素有“地下巨龍之心”之稱；單臺進口價格動輒逾千萬元，交付周期長達數(shù)月，采購權(quán)完全掌握在對方手中。

更令人憤懣的是維修環(huán)節(jié)：德方工程師索要數(shù)百萬元技術(shù)服務(wù)費，全程實施物理隔離，嚴(yán)禁中方技術(shù)人員靠近作業(yè)區(qū)，并斷言：“即便提供全套圖紙，中國也造不出合格產(chǎn)品！”

受制于人的屈辱感如芒在背，中國工業(yè)界立下軍令狀，誓以自主創(chuàng)新撕開技術(shù)封鎖的鐵幕。誰料這場攻堅不僅終結(jié)了長期依賴，更一舉躍升為全球盾構(gòu)裝備領(lǐng)域的主導(dǎo)力量！

德國業(yè)內(nèi)權(quán)威專家近年公開坦言：當(dāng)年過度施壓反而加速了中國自主化進程，如今中國已實質(zhì)性主導(dǎo)全球盾構(gòu)機供應(yīng)格局。

技術(shù)封鎖下的無奈

盾構(gòu)機外表粗獷厚重，實則集精密機械、智能控制與極端工況適應(yīng)能力于一體，而主軸承正是整機性能與壽命的終極決定者，其研發(fā)難度堪稱尖端制造領(lǐng)域的“珠峰”。

它深藏于設(shè)備最核心位置，在數(shù)百米地層深處持續(xù)運轉(zhuǎn)，須同時承受數(shù)千噸級軸向與徑向復(fù)合載荷，累計工作時長超一萬小時，并抵御泥漿侵蝕、巖塊撞擊及高磨蝕性介質(zhì)的輪番考驗。

一旦主軸承表面萌生微米級裂紋，整臺價值數(shù)千萬的盾構(gòu)機即刻停擺，前期投入的巨大工程成本或?qū)⒏吨T東流，未貫通的隧道亦可能被迫廢棄。

德方之所以長期保持傲慢姿態(tài)，根源在于主軸承制造所設(shè)下的三重技術(shù)高墻。

首道關(guān)卡是特種材料壁壘。所需軸承鋼必須兼具超高硬度、優(yōu)異韌性與極致純凈度——硬以抗磨損，韌以抗沖擊，純以杜絕微觀缺陷引發(fā)的連鎖斷裂。

彼時我國高端冶金工藝尚未突破極限，難以穩(wěn)定冶煉出滿足全維度指標(biāo)的“超級合金”，鋼材中哪怕存在亞微米級非金屬夾雜，也會在重載循環(huán)下演化為致命裂源。

第二道難關(guān)是超大尺寸精密加工。主軸承外徑常達數(shù)米量級，卻要求形位公差嚴(yán)控在幾微米以內(nèi)，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的十分之一。

尤為棘手的是，這類巨型環(huán)件對溫變極度敏感：環(huán)境溫度波動0.5℃即可引發(fā)肉眼不可察但儀器精準(zhǔn)捕捉的熱變形；自身重量亦足以導(dǎo)致彈性形變，加工過程稍有偏差，成品便徹底報廢。

德方正是基于對中國基礎(chǔ)工業(yè)體系成熟度的預(yù)判，篤定即便圖紙公開，我國也難以跨越從理論到量產(chǎn)的鴻溝。

在此種全面封鎖態(tài)勢下，國內(nèi)基建事業(yè)屢陷被動困局。

上世紀(jì)末至本世紀(jì)頭十年，全國各大城市掀起地鐵建設(shè)高潮，高鐵網(wǎng)加速鋪展，盾構(gòu)機需求呈爆發(fā)式增長。

然而核心部件仰賴進口，致使議價權(quán)盡失，德日廠商坐地起價，供貨節(jié)奏完全由其掌控。

曾有一例令人扼腕：南方某重點城市地鐵項目施工中，盾構(gòu)機主軸承突發(fā)異常磨損，掘進作業(yè)戛然而止。

外方響應(yīng)遲緩，耗時整整三個月才派遣技術(shù)團隊抵華，僅人工服務(wù)費用即高達數(shù)百萬元。

維修期間，現(xiàn)場被嚴(yán)格劃設(shè)隔離帶，中方工程師僅能遠觀，不得觸碰設(shè)備任何部位，仿佛維護一臺來自外星的神秘裝置。

對國產(chǎn)盾構(gòu)整機制造商而言，這種“缺心之痛”更為切膚。雖能完成機身結(jié)構(gòu)、刀盤系統(tǒng)乃至電控平臺的自主集成，但心臟部位仍被境外供應(yīng)商鉗制，等于將發(fā)展主動權(quán)拱手相讓。

高昂的進口成本嚴(yán)重擠壓企業(yè)利潤空間，制約技術(shù)研發(fā)投入。據(jù)行業(yè)測算，單臺盾構(gòu)機總造價中，進口主軸承占比接近三分之一；疊加漫長的訂貨周期與不確定性風(fēng)險，多個重大項目陷入盈虧臨界點。

這一系列現(xiàn)實倒逼中國制造業(yè)深刻體悟：真正的核心技術(shù)，既無法用金錢購買，也無法靠外交斡旋獲取，唯有以舉國之力潛心攻關(guān)，方能破局重生。

三年磨一劍造出“中國心臟”

懷揣“一定要造出中國人自己的主軸承”的信念，國家級攻關(guān)戰(zhàn)役全面打響。

擔(dān)綱主力的是河南兩大戰(zhàn)略級制造主體——中鐵工程裝備集團有限公司與洛陽LYC軸承有限公司。

前者是國內(nèi)盾構(gòu)整機研發(fā)與工程應(yīng)用的領(lǐng)軍者，擁有覆蓋全地質(zhì)類型的實戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫和復(fù)雜工況驗證能力；后者則是新中國軸承工業(yè)奠基單位之一，始建于“一五”計劃時期，被譽為“中國軸承搖籃”，曾為兩彈一星、載人航天、高速列車等國家重大工程提供關(guān)鍵支撐，積淀了不可替代的工藝Know-how與人才梯隊。

攻關(guān)伊始，材料瓶頸首當(dāng)其沖。中科院金屬研究所李殿中院士領(lǐng)銜團隊火線馳援，聯(lián)合企業(yè)組建“稀土鋼突擊隊”。

經(jīng)系統(tǒng)論證，團隊鎖定“高潔凈稀土軸承鋼”技術(shù)路線。稀土元素素有“工業(yè)維生素”美譽，微量添加即可顯著優(yōu)化鋼材組織均勻性與力學(xué)性能，但其作用窗口極窄——過少則收效甚微，過量反致脆化，成敗系于毫厘之間。

為精準(zhǔn)錨定最優(yōu)配比，科研人員扎根實驗室，日復(fù)一日開展熔煉-軋制-熱處理全流程試驗。

僅稀土摻入濃度梯度設(shè)計，就完成了逾千組對照實驗。

一次關(guān)鍵試驗中，鋼錠經(jīng)稀土改性后微觀組織看似理想，但拉伸測試顯示沖擊功驟降，材料呈現(xiàn)明顯冷脆傾向，宣告階段性失敗。

團隊并未退縮，借助高分辨電子顯微鏡與能譜分析儀，溯源發(fā)現(xiàn)稀土與殘余氧、硫元素發(fā)生不利反應(yīng)，生成低熔點化合物，破壞基體連續(xù)性。

據(jù)此，他們重構(gòu)工藝鏈：前置超純凈冶煉工序，采用真空感應(yīng)+電渣重熔雙聯(lián)精煉法深度脫除雜質(zhì)；再于恒溫惰性氣氛下精準(zhǔn)注入稀土母合金，實現(xiàn)成分零偏差控制。

歷時11個月不間斷迭代，一套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的稀土軸承鋼成套工藝終于誕生。

該材料經(jīng)第三方權(quán)威機構(gòu)檢測，氧含量低于5ppm，非金屬夾雜物評級達ISO 22826標(biāo)準(zhǔn)最高級別DS0.5級，晶粒度均勻達ASTM 9級，綜合性能穩(wěn)居國際第一梯隊。

它賦予主軸承前所未有的服役可靠性——高硬度保障耐磨壽命，高韌性抵御突發(fā)沖擊，超純凈基體杜絕微裂紋萌生，真正構(gòu)筑起堅不可摧的“地下鋼鐵心臟”。

這項突破，標(biāo)志著我國高端特鋼自主化實現(xiàn)歷史性跨越，背后是無數(shù)科研人員青燈黃卷下的執(zhí)著守望。

材料難題攻克后，超大型環(huán)件精密成型成為新高峰。

洛陽軸承技術(shù)團隊融合數(shù)字孿生仿真與老師傅“手感經(jīng)驗”，開創(chuàng)性構(gòu)建“虛擬加工—物理驗證—動態(tài)校正”閉環(huán)體系。

工程師們先利用ANSYS等專業(yè)軟件，對直徑8米級軸承環(huán)在車削、滾齒、淬火全過程中的應(yīng)力分布與形變軌跡進行百萬次迭代模擬，據(jù)此定制專用柔性工裝，預(yù)先補償熱變形量。

淬火作為熱處理核心環(huán)節(jié)，溫度偏差超過±3℃即可能導(dǎo)致整體扭曲。洛陽工匠憑借數(shù)十年一線實踐，獨創(chuàng)“階梯式控溫+梯度冷卻”新工藝：將加熱段細分為五級溫區(qū)，保溫時間按截面厚度智能匹配；淬火介質(zhì)流速與溫度場實時聯(lián)動，確保各區(qū)域冷卻速率高度一致。

他們還自主研發(fā)了在線激光三維形貌監(jiān)測系統(tǒng)，在加工過程中每30秒自動掃描一次環(huán)件輪廓，偏差超限即時觸發(fā)數(shù)控系統(tǒng)自動修正，精度控制達2.5微米級。

歷經(jīng)1200多個日夜協(xié)同奮戰(zhàn)，2023年盛夏，直徑8.01米、重達72噸的國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)主軸承在洛陽成功下線。

經(jīng)國家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心全項測試，該軸承額定軸向承載能力達2500噸，疲勞壽命突破12000小時，理論掘進里程超12公里，關(guān)鍵指標(biāo)全面對標(biāo)甚至優(yōu)于國際標(biāo)桿產(chǎn)品。

當(dāng)它首次搭載于中鐵裝備“開拓號”盾構(gòu)機，在鄭州地鐵某標(biāo)段完成連續(xù)掘進10.2公里無故障驗證時，現(xiàn)場掌聲雷動，許多老工程師含淚擁抱——這是中國制造寫給時代的鏗鏘答卷。

中國盾構(gòu)機改寫行業(yè)格局

主軸承的自主化，絕非單一零件的替代，而是中國盾構(gòu)裝備完成“基因級升級”的里程碑事件。

過去，國產(chǎn)盾構(gòu)機雖具完整外形，但核心動力單元依賴進口，恰似一位移植異體器官的患者，始終面臨排異風(fēng)險與長期服藥負(fù)擔(dān)。

如今，從主機框架、破巖刀盤、液壓驅(qū)動系統(tǒng)到主軸承、智能控制系統(tǒng)芯片，全部實現(xiàn)100%自主設(shè)計、自主制造、自主集成，中國盾構(gòu)機真正擁有了強健有力、永不罷工的“中國芯”。

這一躍升直接引爆國際市場格局重塑。

曾幾何時，德日品牌壟斷全球高端市場，單臺售價高達5億元人民幣，交付周期普遍超18個月。

而中國盾構(gòu)機依托全產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合優(yōu)勢，在整機性能達到國際先進水平的同時，制造成本下降超65%，終端售價穩(wěn)定在1.3億至1.5億元區(qū)間，僅為國外同類產(chǎn)品的28%—30%。

極致性價比疊加快速響應(yīng)能力，使其迅速贏得全球客戶青睞。

短短五年間，中國盾構(gòu)機海外市場份額由個位數(shù)飆升至72.4%，穩(wěn)居世界第一。

今日世界重大基建版圖上，“中國掘進力量”無處不在：莫斯科地鐵第三換乘環(huán)線、巴黎大都會快線RER E支線、新加坡裕廊島海底隧道、雅萬高鐵萬隆段、以色列特拉維夫輕軌紅線……處處閃耀著“CREG”與“CRCHI”的金色徽標(biāo)。

昔日持懷疑態(tài)度的歐洲總承包商，如今主動赴華設(shè)立常駐采購代表處；東南亞多國政府更簽署框架協(xié)議，批量訂購數(shù)十臺設(shè)備，共建區(qū)域互聯(lián)互通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。

中國盾構(gòu)機的崛起，強力瓦解了西方長期維持的技術(shù)溢價體系。

面對訂單持續(xù)流失，德日頭部企業(yè)被迫啟動降價策略，部分型號降幅達35%。

據(jù)國際工程機械協(xié)會統(tǒng)計，自2023年起，全球盾構(gòu)機平均成交單價較2020年下降42.7%，中國制造的“普惠效應(yīng)”正在重塑全球基建成本邏輯——只要核心環(huán)節(jié)實現(xiàn)自主可控，就能將曾經(jīng)高不可攀的尖端裝備，變?yōu)榛菁案鲊l(fā)展的公共產(chǎn)品。

主軸承技術(shù)突破更催生顯著外溢效應(yīng)。

8米級超大直徑軸承所攻克的稀土鋼冶煉、超大構(gòu)件熱處理、納米級表面強化等關(guān)鍵技術(shù)，已快速遷移至風(fēng)電主軸軸承、核電主泵軸承、大型船舶舵機軸承等領(lǐng)域。

洛陽LYC公司依托同一技術(shù)底座，僅用14個月即完成兆瓦級風(fēng)電主軸承全系列開發(fā)，通過DNV GL認(rèn)證并批量裝機，打破國外企業(yè)長達十五年的技術(shù)壟斷，助力我國風(fēng)電裝備國產(chǎn)化率提升至96.8%。

在中原腹地，一條世界級盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)集群已然成型。

鄭州坐擁中鐵裝備總部基地，依托米字形高鐵網(wǎng)與國際陸港，打造全球盾構(gòu)機出口樞紐，年發(fā)運整機超200臺；

長沙集聚鐵建重工、三一重裝等龍頭企業(yè)，形成涵蓋液壓元器件、智能傳感系統(tǒng)、特種密封件的全配套生態(tài)；

洛陽則聚焦“卡脖子”核心件，除主軸承外，同步量產(chǎn)高精度減速機、大扭矩驅(qū)動電機、全斷面地質(zhì)識別系統(tǒng)等關(guān)鍵子系統(tǒng)。

三城協(xié)同、優(yōu)勢互補，構(gòu)建起從基礎(chǔ)材料、核心零部件、智能控制系統(tǒng)到整機集成的全鏈條自主可控體系，成為中國高端裝備“走出去”的核心支點。

結(jié)語

從德方“給圖紙也造不出”的斷言，到洛陽工廠里8.01米主軸承震撼問世；

從關(guān)鍵部件受制于人、重大項目頻頻告急，到全球七成以上新建隧道由“中國智造”掘進貫通，中國盾構(gòu)機的逆襲史詩，正是新時代中國制造業(yè)攀登全球價值鏈頂端的真實寫照。

這條征途上，有科學(xué)家在顯微鏡下追蹤原子運動的專注，有焊工在灼熱弧光中雕琢毫米精度的堅守，有老工業(yè)基地涅槃重生的勇氣，更有新型舉國體制下資源高效配置的戰(zhàn)略定力。

它昭示一個真理：當(dāng)自主創(chuàng)新成為民族意志，就沒有攻不下的技術(shù)堡壘，沒有越不過的產(chǎn)業(yè)高峰。