本发明提供了一种用于研究盾构隧道管片上浮形态的模型试验装置，该装置包括箱体组件、管片衬砌组件、盾壳结构、注浆组件和牵拉组件，管片衬砌组件包括多个管片环和连接在相邻两个管片环之间的接头结构，管片衬砌组件的管片环与原型管片环具有一定的几何相似比，且管片环与原型管片环之间具有相同视比重；接头结构为具有柔性的环形结构，接头结构的抗剪刚度与相邻两个原型管片环之间所有纵向接头的抗剪刚度之和相等；注浆组件包括注浆管，注浆管的出浆口端延伸至盾壳结构的尾部。本发明能够模拟出管片脱出盾尾与同步注浆浆液接触的过程，更准确地反映出管片衬砌组件在同步注浆浆液包裹下的上浮姿态变化情况。