瞬变电磁勘探方法(Transient Electromagnetic Method简称TEM)属于时间域电磁勘探方法的一种。这种方法利用布置在地表或地下的接地导线或不接地回线，通以脉冲电流向地下发射脉冲磁场（电场）产生一次场脉冲。通过测量在一次场脉冲的间歇期由地下地质体产生的二次电场和磁场，来探测地下介质分布情况。隧道在铁路交通路线中占有很重要的比重，隧道表面衬砌后的病害所造成的危害十分严重，一旦发生问题，需要整治的设备非常多，一年或几年想全面彻底解决，非常困难。因此隧道施工过程中的质量检测问题更是重中之重，在隧道质量检测中，寻找并形成一套完整有效的隧道衬砌背后病害的检测技术提前探测出隧道衬砌后的隐伏灾害现象显得尤其重要。本文首先介绍了瞬变电磁法的特点与勘探原理，并介绍了在时间域电磁场中各介质的电磁学性质。再通过麦克斯韦方程组推导出瞬变电磁的一维正演的解析解与二维数值模拟的推导公式。在正演的计算机实现过程中，利用了汉克尔数值滤波与余弦变换数值滤波算法实现了一维瞬变电磁的正演；通过设置模型空间的源与边界条件完成了瞬变电磁二维数值模拟。通过瞬变电磁的正演，了解到了各种地电模型下的瞬变电磁响应，其中包括一维的两层D、G模型与三层Q、A、H、K模型；二维的均匀半空间、层状模型与异常体模型。本文对瞬变电磁正演的研究验证了瞬变电磁的波场“烟圈”传播过程，了解到了低阻异常体对瞬变电磁场的能量聚集作用。在正演研究的同时，本文提出了一种二等分搜索算法的全视区视电阻率计算方法，并基于这种算法进行了“烟圈”快速成像的实现。通过“烟圈”快速成像反演，总结了这种快速成像算法有速度快、反演出的电阻率剖面能大致描述出地下介质分布的特点，因此“烟圈”成像可作为在勘察现场的一种快速的预处理算法。同时，本文提出了一种严格基于瞬变电磁正演算法的阻尼最小二乘算法，此算法克服了强衰减瞬变电磁响应曲线无法精确迭代的缺点，并通过利用“烟圈”成像反演得出的电阻率剖面作为阻尼最小二乘反演的初始模型提高了算法的运算速度。通过正反演理论的研究，本文专门研究了针对铁路检测中瞬变电磁探测的特殊问题，包括含低阻屏蔽层瞬变电磁探测的特殊问题与浅层瞬变电磁探测的特殊问题。通过带低阻层的瞬变电磁模型的数值模拟，得到了低阻层对瞬变电磁信号的延迟作用，并提出了一种利用先验模型的能够有效反演带低阻层的瞬变电磁的反演算法。同时，本文讨论了浅层瞬变电磁探测技术的重点难点，提出来利用全程瞬变电磁信号采集系统进行瞬变电磁浅层探测的方法，并讨论了此种方法的重难点技术。