本发明公开了一种研究外部荷载对盾构隧道土拱效应影响研究的试验装置及方法。试验装置包括试验箱、模型隧道和控制模块。模型隧道由多环相互咬合，且可以发生相对运动的管片拼装而成。模型隧道安装在试验箱中部，四周填筑试验土体。控制模块由一组减速电机和一根变截面导杆组成，变截面导杆插入模型隧道内部，可使模型隧道的直径减小，造成地层损失从而产生土拱效应；通过土样表面的钢板和质量块施加外部荷载，实现不同荷载作用位置、作用范围、作用大小等外部荷载工况对盾构隧道土拱效应及土压力变化的影响；通过改变实验土样中砂性土及橡胶颗粒的配比，可以研究不同地层软硬程度下外部荷载对盾构隧道土拱效应的影响，从而为实际工程提供借鉴。