本发明揭示了一种多层级盾构法隧道安全保护系统及方法，所述隧道安全保护系统包括数据获取模块、异常诊断模块、典型特征比较模块及报警结果输出模块；数据获取模块用以获取设定传感器的数据，获取的数据包括实时盾构施工参数；异常诊断模块用以从所选的实时盾构施工参数中识别异常；典型特征比较模块用以从盾尾油脂泄露事件的典型案例中提取特征指标与阈值，从而匹配盾尾油脂压力数据中的数据变化特征是否符合盾尾油脂泄露事件的异常典型特征。本发明揭示的多层级盾构法隧道安全保护系统及方法，有助于及时发现盾构施工异常问题，可以提高施工现场对数据的监测水平，帮助施工人员及时预警施工异常与合理操作盾构掘进。