本发明属于盾构隧道管片结构安全性监测技术领域，提供一种地铁盾构隧道管片结构应力可视化预警装置及其工作方法，该装置包括结构应力传感器、微型数据采集装置、可视化显示终端、多通道数据传输设备、安全预警装置。本发明装置及其工作方法能够实时连续地采集地铁盾构隧道管片钢筋应力值和混凝土应变值，一方面将采集到的结果在待测管片内环面上进行实时显示，以便于隧道内作业人员的实时观测，另一方面采用光色预警的方式实现管片应力的实时预警，满足了隧道内工作人员实时掌握管片结构应力数据信息的要求，并实现了自主安全预报警。