采用盾构法建造的地铁隧道,由于处于地下隐蔽环境,壁后经常存在难以探测的隐蔽缺陷（空洞、注浆层不密实等）,严重危及隧道结构安全。探地雷达是通过发射电磁波并接收来自地下目标反射信号的一种无损检测方法,是目前盾构隧道壁后隐蔽缺陷探测的首选方法。然而,由于混凝土衬砌内钢筋密集分布造成电磁波的多次散射和绕射,在实际探测中隐蔽缺陷在探地雷达图像中仍然难以识别。本文通过结合金属板反射法,开展一系列仿真试验、室内测定和现场试验,对探地雷达探测技术和雷达剖面图中隐蔽缺陷高精度成像进行研究,主要研究内容如下:（1）通过时域反射计,结合金属板反射法测定了盾构隧道中不同介质的介电常数。试验数据表明,盾构隧道管片、浆液和土体的介电常数分别为9.4、14.1和18.0;浆液的介电常数随着浆液凝结逐渐降低,并在凝期第三天后开始逐渐稳定,此时背景介质对电磁波干扰小,探地雷达探测效果佳。（2）通过理论分析、数值仿真、物理模型试验研究了电磁波在盾构隧道内的传播规律。通过搭建不同间距钢筋仿真模型和钢筋混凝土仿真模型,研究探地雷达在盾构隧道中的穿透能力。结合金属板反射法,通过物理模型试验验证了仿真模型试验结果,定量地确定探地雷达探测的最佳频段范围、最佳极化方向和最大离地距离。研究结果表明,天线的工作中心频率为600 MHz时,天线穿透盾构管片的效果最好;HH极化方式的穿透强度约为VV极化方式的2~3倍,采用HH极化方式布置的天线更有利于盾构隧道的探测;天线距离管片越近探测效果越好,为保证天线穿透管片后仍有足够能量,在空耦模式下天线距离管片表面的距离宜小于10 cm。（3）开展了设有空洞和注浆层空洞的仿真模型试验,探讨了绕射叠加偏移成像和逆时偏移成像对隐蔽缺陷的成像效果,通过内设空洞缺陷的现场足尺模型试验对仿真结果进行验证。试验结果表明,仿真结果应用偏移成像能够重构空洞真实形状,能够明显分辨注浆层和土层分界面;逆时偏移比绕射叠加偏移对隐蔽缺陷的偏移成像效果更好,成像精度更高;足尺盾构隧道模型试验结果应用逆时偏移成像效果良好,能够清晰地识别人为设置空洞的位置。（4）通过探地雷达对施工期间的盾构隧道进行探测,研究并总结了雷达剖面图中典型隐蔽缺陷的成像特征。现场试验结果表明,经过本文提出的天线测量参数优化后的探地雷达能够有效探测到盾构隧道壁后空洞的位置;空洞在雷达剖面图中呈现明显反射震荡特征,其中含水空洞呈现强烈反射震荡特征。