采用各种探测手段揭示介质内部的构造一直是当今工程界的重要课题和难题，尤其对于隧道等地下工程内部缺陷调查，现有的各种无损检测方法均存在一定的局限性。针对这一问题，本文基于层状介质中弹性波的传播理论，采用有限元数值模拟的方法开展层状不均匀介质中的弹性波传播特性研究，分析不均匀层状介质的横波速度、密度、厚度和介质间波阻抗比对弹性波的波形特性、频谱特性以及时频特性的影响，特别分析了含有低速夹层时弹性波传播特性的变化规律，并对各影响参数进行敏感度分析，建立了介质间波阻抗比与弹性波能量、卓越特征、时频特征之间的关系。在此基础上，从工程现场的可操作性和频率特性等方面出发，说明弹性波映像法的检测原理及分析方法，并且通过优化检测数据采集过程，实现单分量多通道检波器各种阵列排列在实际工程中的快速检测。针对天津海河沉管隧道注浆检测工程，采用弹性波映像法实施了注浆前、注浆过程中以及注浆后的实时监测及效果检测。详细介绍了数据采集系统、数据采集过程以及采集数据的分析结果。通过对各种采集数据的波形处理、频谱分析及时频分析进行可视化处理，实现了注浆过程中的实时监测以及注浆后注浆效果快速检验。通过对各种可视化结果进行归一化处理，形成标准化的检测结果出图系统，比较注浆前后的弹性波特性变化，根据弹性波的能量、频率和时频三种特性的变化规律，基于介质间波阻抗比与弹性波能量、卓越特征和时频特征的关系，对沉管隧道整体测面注浆效果进行了定量化综合评价。