近年来,我国的隧道工程技术发展非常迅速,公路隧道、铁路隧道、城市地铁隧道的发展可谓是齐头并进,我国已然成为世界隧道工程第一大国。但受到水文、地质、气候等自然条件和施工、运营等人为条件的影响,隧道衬砌会出现不同程度的质量缺陷及病害,这些缺陷和病害会影响到隧道的运营安全和使用寿命,甚至导致安全事故。为了保证隧道的正常通行,必须定期对隧道衬砌进行检测和评估。目前探地雷达已经成为了隧道检测的首选技术手段,由于受到地形、地质条件,以及施工质量等诸多因素的影响,衬砌缺陷的成因和形态比较复杂,在实际探测中对衬砌缺陷的检测和识别仍然存在着一些难题。在隧道衬砌的诸多缺陷中,对衬砌空洞的有效识别是不能忽视的一个重要课题,为了探究隧道衬砌内部空洞的雷达图像所呈现的规律,本文基于时域有限差分法(FDTD),运用GprMax3.0软件开展了如下工作:(1)建立了不同大小、不同形状、不同深度和不同填充介质的混凝土空洞模型,对这些空洞模型进行正演模拟,得到雷达图谱,分析并总结了这些典型空洞模型的雷达成像规律,得出了判别空洞的大小、埋深、形状以及空洞中所含介质类型的理论依据,为空洞目标的实测和有效识别奠定了理论基础。(2)设计了空洞物理模型试验,使用RAMAC系列雷达X3M主机和Groundvision2数据采集软件完成了空洞模型的试验和数据的收集和整理工作。对收集到的数据进行背景去除和F-K滤波处理,得到雷达实测结果中空洞目标的有效信息,找到了空洞目标的大致位置及尺寸,对处理后的雷达图像和正演模拟结果进行对比分析,对正演模拟结果的准确性进行了验证。(3)结合工程实例对隧道衬砌检测结果进行分析,找到了位于隧道衬砌背后的不密实区域,并对不密实区域的位置作出了判断,提出了相应的解决办法,对隧道衬砌的质量作出了评价。本论文分析方法为隧道衬砌空洞的检测和有效识别提供了新的思路,为运用探地雷达对隧道衬砌质量进行检测、评估以及健康诊断奠定了初步的技术基础和理论依据。