本发明公开了一种隧道预应力仰拱结构，包括仰拱本体，所述仰拱本体内沿隧道轴线方向间隔设置有对仰拱本体施加预应力的预应力构件，所述预应力构件的固定端和张拉端分别与仰拱本体两侧的矮边墙连接。本发明还公开了一种施工上述预应力仰拱结构的方法。本发明首次在仰拱内预埋预应力构件，为解决隧道仰拱易开裂的问题提供一种新思路，即在隧道仰拱中布置预应力筋，施加预应力，通过预加预应力来全部或部分抵消由外部荷载引起的拉应力，改善和延缓仰拱开裂和底板隆起，适用于高地应力隧道，或者基底软化隧道的仰拱保护。