本實用新型涉及頂管掘進施工過程大比尺物理模型試驗技術領域，用于巖土工程中的地質力學模型試驗，是一種模型試驗用土壓平衡式頂管機結構裝置。包括，殼體、切削刀頭、螺旋出土器；切削刀頭設置在該模型試驗用土壓平衡式頂管機結構裝置的最前端；切削刀頭包括開挖刃腳，開挖刃腳呈環(huán)形，其前端呈傾斜面；殼體與前端設置的切削刀頭連接；螺旋出土器位于殼體后半部分內部，螺旋出土器包括出土器外殼、螺旋葉片和傳動軸；傳動軸與螺旋葉片連接，該傳動軸帶動螺旋葉片轉動。本申請結構簡單、使用方便，為頂管隧道施工過程中地層變位、土壓力變化及管片受力情況等相關模型試驗研究奠定基礎。