铁路被誉为国民经济的先行官、火车头，是我国重要的交通运输工具之一。国家《中长期铁路网规划》标志着我国铁路新一轮大规模建设的开始。探地雷达在铁路隧道衬砌检测方面有其它地球物理方法无法比拟的优势，它是一种快速、直观、连续无损、高分辨率的地球物理方法，在隧道衬砌检测方面具有显著的效果和广泛的应用空间。　　 本文先回顾了探地雷达用于隧道衬砌检测的国内外研究历史，指出了目前国内外的研究都集中于室内物理模拟和工程实践经验总结、缺乏典型的数值模拟，本文在深入了解探地雷达工作以及数据采集原理和隧道衬砌结构的基础上，介绍了时域有限差分方法由于解微分形式的描叙雷达波在介质中传播的麦克斯韦方程组的实现过程，稳定条件以及边界约束方法，研究了基于时域有限差分方法的探地雷达数值模拟软件GprMax的编程思想，输入文件的生成，输出文件的数据结构，用Matlab语言编制了GprMax正演软件输出文件的接口程序，以生成描述雷达波在介质中传播的正演模拟色阶图以及波形图，在此基础上，模拟了几种典型的隧道衬砌缺陷以及隧道衬砌检测的常见内容。然后结合探地雷达用于宜万铁路野三关隧道、大支坪隧道衬砌检测的工程实践，总结得到了几种典型的隧道衬砌缺陷的探地雷达波形特征。本文的主要结论如下：　　 1、探地雷达用于铁路隧道衬砌检测是一种可行且快速的地球物理方法。对探地雷达用于隧道衬砌检测的雷达图像的正确判识，取决于对各种衬砌病害进行正演模拟，室内物理模拟以及工程实践经验的积累。其中，进行模型精细的、能够反映隧道衬砌缺陷结构和电磁参数的数值模拟具有重要的意义。　　 2、GprMax是一个优秀的基于时域有限差分方法的探地雷达电磁波正演模拟软件。运用该软件，可以设定多达一百多种介质的电磁参数，能够模拟多种常见的规则体，以及在空间步进设置足够小的情况下，可以采用梯度逼近的方法，模拟不规则体。从本文运用GprMax进行正演模拟的效果看，在参数设置符合要求的前提下，能够很好的模拟铁路隧道衬砌典型的缺陷，如超挖，欠挖，围岩中有溶洞等，对于这些不同模型的正演模拟结果生成波形图和色阶图的分析，对于指导探地雷达用于隧道衬砌检测的工程实践具有重要意义。　　 3、由探地雷达用于宜万铁路隧道衬砌检测的工程实践可知，高质量的探地雷达图像的获得是进行衬砌病害特征分析的前提，没有这个前提，得不到合格的探测图像，更加谈不上对各种衬砌病害进行分析。干扰波的识别也是进行探地雷达图像特征分析和解释的重要内容。探地雷达在实际衬砌检测中，根据现场环境的不同，在接收有效雷达信号的同时，也不可避免会接收到各种不同强度的干扰信号，产生雷达干扰信号的原因很多，如外界电磁场干扰，强磁性物质如铁架干扰，路面积水干扰等，雷达干扰波一般由于其自身电磁参数的差异会有各自不同的特殊形状，在分析时需要加以仔细辨别和确认。　　 4、将GprMar正演各种隧道衬砌缺陷分析得到的雷达波形特征和将探底雷达运用于宜万铁路野三关，大支坪隧道衬砌检测的工程实践经验，可以总结得到以下几种主要隧道衬砌缺陷及目标探测体的雷达反射波特征：　　 (1)衬砌密实：衬砌雷达反射波信号幅值较弱，波形较均匀，界面反射信号较弱；　　 (2)衬砌不密实：衬砌界面雷达波反射信号强，呈现为强反射信号特征，反射波同相轴不连续，错断，不密实特征一般呈现区域化分布：　　 (3)衬砌空洞：衬砌界面雷达反射信号强，有多次反射特征，总体呈现双曲线特征，振相较明显，在空洞下部仍有强反射界面信号，上下界面两组信号时程差较大；　　 (4)围岩中空洞型溶洞：洞内的介质为空气，其介电常数低于围岩的介电常数，波速较快，在两者的分界面会出现反射波，介电常数的差异越大，反射波能量越强，且电磁波在洞体内能量无衰减，在围岩有衰减。雷达图像中清晰可见溶洞处有双曲线形绕射波，同向轴弯曲，且伴有多次反射波组，波形上看溶洞处波形明显幅度较高，能量较大，在溶洞处主频略有增加，且波形衰减较小；　　 (5)围岩中充填型溶洞：洞内的介质为清水或者粘土填充物，介电常数高于围岩的介电常数，波速较低，在两者的分界面会出现反射波，介电常数的差异越大，反射波能量越强，且电磁波在洞体内和围岩中能量都有衰减，但在洞体内衰减更快。雷达图像中可见溶洞处有双曲线形绕射波，同相轴略微弯曲或呈水平分布，溶洞处雷达波频率增加，振幅减小，有时可见细密反射波组，另外溶洞内部充填物与围岩介电常数差异越小，双曲线越不明显，反射波的能量也越小；　　 (6)衬砌脱空：衬砌界面雷达反射信号强，呈现带状长条形或者三角形分布，振相较明显，在脱空处通常有多次雷达反射信号；　　 (7)衬砌中有钢筋网：有规律的、连续的小月牙状强烈反射波信号，月牙波幅度较窄；　　 (8)衬砌中有钢拱架：有单个的月牙状强烈反射信号，月牙波幅度较宽。