本发明公开了一种在盾构隧道衬砌模型试验中可实现管片接头刚性转动约束可控的装置及方法，该装置包括反力架、底部气囊、气体驱动系统以及两组由钢壁筒、侧面气缸、螺旋钢筋、夹板组成的侧面约束系统。本发明通过气体驱动系统高效地对管片接头施加和释放刚性转动约束，从而控制管片接头转动，在刚性约束施加时，可以消除管片接头界面两侧的相对转动，在刚性约束释放后，对管片接头转动没有影响；同时，施加的刚性约束仅限制管片接头转动，对管片接头平动不产生影响；本发明装置主要构件均由高强、轻质合金材料组成，对管片模型产生的附加载荷较小。本发明为识别单个管片接头影响时面临的管片接头刚性转动约束施加难题提供了一种解决方法。