在砂层修筑地下工程时,由于其特殊的工程性质,在施工过程中极易造成围岩失稳、坍塌等工程事故。本文以石家庄地铁建设项目为背景,对石家庄地铁工程涉及到的主要砂层,通过资料调研、区域统计、现场取样、室内试验、微观分析和数值模拟等方法,针对区域分布规律、工程物理力学特性以及注浆加固效果进行研究。主要研究内容及结论如下:(1)通过已有资料的调查分析,总结了石家庄市区工程地质水文特征。(2)通过现场调查、资料调研,对石家庄市区砂层分布规律进行了统计分析:石家庄市区砂层的分布主要以北厚南薄为主,主要砂层为粉细砂层、细砂层、中砂层和中粗砂层;可将砂层分布分为西北区、东北区、东南区和西南区,不同地区的砂层种类、厚度等均有差异;粉细砂层一般厚度在1~12.4 m,埋深在4.2~12 m;细砂层一般厚度在0.3~10.2 m,埋深在7.3~16.4 m;中砂层一般厚度在1.4~8.6 m,埋深在6.8~10 m;中粗砂层一般厚度在1.1~11.9 m,埋深在9.7~26.3m。(3)通过室内物理力学性质试验数据和石家庄地铁及附近区域的勘察报告中数据搜集,对总共451组砂样进行统计分析,并结合SEM微观试验结果,研究了粗砂、中砂、细砂、粉砂的工程特性,结果表明:石家庄市区砂土天然密度与天然含水率均较小,级配不良;粗砂中的细颗粒含量最少,颗粒主要呈六面体或类似于椭球体,土颗粒的磨圆度也较好;土颗粒之间的接触主要为点接触;不同的砂土所表现出的击实特性也有所不同;砂土强度较低,易受到剪切破坏;所取试样的孔隙比在0.79~0.88之间,孔隙较大,均属于中压缩性土;砂土的渗透性较好,随着颗粒粒径的增加,土样的渗透系数也逐渐增大。(4)根据所得物理力学性质指标,结合渗透注浆理论,对砂层可注性进行了分析探讨,并运用有限元数值分析方法,对厚砂土层中地铁区间采用台阶法施工的可行性进行了研究,对比加固前后隧道的稳定性,为石家庄地铁工程厚砂层加固效果提供相应依据,并对砂土层注浆加固效果进行分析。计算分析认为:加固后,拱顶沉降较加固前减小了61.8%,隧道水平收敛较加固前隧道收敛值减小了48.2%,地表沉降较加固前减小了68%,注浆对土层的加固效果显著。