本发明公开一种盾构机循环气垫仓保压控制系统，包括主控室、控制器、第一电控比例调节阀、第二电控比例调节阀、第三电控比例调节阀、第四电控比例调节阀和压力检测器，第一电控比例调节阀的通径大于第二电控比例调节阀的通径，第四电控比例调节阀的通径大于第三电控比例调节阀的通径，控制器根据压力检测器获取的气仓内压力变化控制各电控比例调节阀的工作。在实时压力与目标压力相差过大时，提高系统在大流量情况下的工作效率，达到快速充气增压或快速排气泄压的效果，加快响应时间，在实时压力与目标压力接近时，实现精确流量控制。本发明还公开一种包括上述控制系统的盾构机和应用上述控制系统的控制方法。