本申请涉及土木工程、隧道工程技术领域，提供基于十字激光三维变形测量的盾构隧道模型试验装置。包括柔性隧道结构、激光发射系统、测量与数据采集系统，柔性隧道结构可以模拟隧道垂直、水平位移和平面扭转，利用设置在柔性隧道结构两端的激光发射系统向隧道内发射十字激光束，利用内窥摄像头观察十字激光束在位移测量板上的投影，从而获得各位移测量板垂直、水平位移和平面扭转，再根据位移传感器测得的端头井垂直位移计算柔性隧道结构最终变形。本申请提供的方案，其有益效果在于：能够在模型试验尺度上真实反应盾构隧道变形规律，有效测量隧道垂直、水平位移和平面扭转，具有结构简单、操作简便的优点。