本发明提供了一种暗挖隧道地层预加固方法及其应用，涉及隧道工程技术领域。所述暗挖隧道地层预加固方法包括在待开挖隧道拱顶180°的范围内进行双排深孔注浆；所述双排深孔注浆的磷酸‑水玻璃化学浆料中75％工业磷酸、水玻璃和水的质量比为1：11.5～18.4：33.5～54.3。上述暗挖隧道地层预加固方法采用磷酸‑水玻璃化学浆进行注浆，在具有良好的固砂效果的前提下，并不会大幅增加砂层的强度，能做到在加固拱部砂层的同时，几乎不影响掌子面土体强度，保证开挖的效率；此外，本申请通过双排深孔注浆中75％工业磷酸、水玻璃和水的特定比例调节，能够在拱顶180°范围形成有效的壳体结构。