随着高速铁路隧道的快速建设，各种隧道病害不断地出现在运营隧道中，隧道运营服务周期已经逐步进入维修与养护的阶段，尤其是在我国西部山区，高隧线比的高速铁路线路也将越来越多，隧道工程的维护量也将呈现爆炸式增长。本文以高铁隧道结构内部病害快速检测、维修及养护的需求为研究背景，提出将车载瞬变电磁法应用于隧道结构内部病害的检测上，以满足高铁隧道结构病害快速检测的发展需求。通过资料调研、理论分析、数值仿真与室内模型试验等多种研究方法，对车载瞬变电磁法探测应用所涉及车载瞬变电磁空间转换、衬砌背后含水异常体瞬变电磁响应、车载检测系统前进过程位置状态评估、含水异常体瞬变电磁三维反演以及隧道结构干扰源电磁场特征进行了深入研究，所取得的主要研究成果与结论如下：
　　1.基于瞬变电磁法的原理与应用，提出了应用于高铁隧道结构内部病害检测的车载瞬变电磁法探测方法及原理，并提出了车载瞬变电磁探测系统运行过程中出现的空间转换问题。相对于半空间与全空间而言，3/4空间感应电流的扩散圈由于空间的非对称性出现特定角度的偏转。在均匀介质与含异常体条件下，车载瞬变电磁空间转换过程出现的不同空间状态的修正可以参考隧道瞬变电磁全空间的修正原则。
　　2.结合隧道衬砌结构后方异常体的瞬变电磁响应特性，表明了车载瞬变电磁方法在隧道围岩体中探测低阻体的可行性与探测高阻体的不适用性。基于含水异常体物理参数的敏感性分析，不同物理参数对瞬变电磁响应曲线的抬起时间、起伏峰值、峰值时间与回归时间存在不同的影响程度，得到了能代表瞬变电磁响应曲线变化规律的数字特征参数，为后续的三维反演研究方法提供重要的思路。
　　3.针对车载检测系统的运行位置，提出了不同位置的空间修正方法，确定了瞬变电磁空间转换不影响的临界距离为300m。基于数字特征参数，提出了车载检测系统所处的隧道背景场的修正原则，即隧道断面不需要修正，围岩电阻率按电阻率的大小成反比例的修正。通过瞬变电磁响应多分量的分析，车载检测系统只有在含水异常体尺寸的一定范围内才能有效地探测，且不同方向的瞬变电磁响应在含水异常体不同位置处表现为主次关系，同时确定Z方向与X方向瞬变电磁响应分量作为评估含水异常体位置状态的最主要判断依据，这为车载瞬变电磁的线圈设计提供重要的理论依据。
　　4.通过相关性分析，研究了不同特征参数与含水异常体物理参数之间的相关系数，确定了反演参数与反演目标之间的相关性，并提出了基于数字特征参数的三维迭代反演方法。基于三种不同的反演方法，不同反演方法都能够得到含水异常体反演目标的反演结果，但是每种反演方法都有各自的优缺点。任何单一一种的反演方法都不能快捷、有效并且智能地实现含水异常体反演参数的三维反演，这为后续车载瞬变电磁多手段联合反演的选择提供理论基础。
　　5.通过对单点与多点测量数据反演的研究，两种反演方法都能够定性地判断车载检测系统前进过程中含水异常体位置状态，并且室内模型试验的反演结果也验证了车载瞬变电磁理论分析和数值仿真。结合仪器设备的单次采集操控时间与车载设备的运行速度，认为两种反演方法有各自的优缺点与适用范围，且两种方法可以实现不同的探测目的，这为车载设备的功能定位提供重要的技术参考。
　　6.基于对钢筋网干扰源瞬变电磁响应的研究，钢筋网干扰源瞬变电磁响应与均匀介质瞬变电磁响应存在明显的差别，且主要表现在中晚期时间段响应曲线的抬起现象，但钢筋网干扰源响应曲线不存在回归的现象，这与含水异常体的变化规律存在明显的不同。通过多场源瞬变电磁响应的理论分析与数值仿真，分析了车载瞬变电磁探测系统各干扰源的特征函数形式，提出了总干扰源电磁场数学分离的方法，总场源的瞬变电磁响应曲线在不同时间段呈现不同分场源的响应规律，采用理论数学叠加的方法与采用数值仿真计算的方法得到的瞬变电磁响应结果基本吻合，验证了多场源瞬变电磁响应分离的可行性，这为后续车载瞬变电磁响应信号的识别与判定奠定基础。