本发明公开了一种空隙探测系统及复杂地层下的隧道施工方法，所述空隙探测系统包括电磁雷达探测装置、贯入探查装置和处理装置，电磁雷达探测装置发送电磁雷达并接收电磁雷达的反射数据，电磁雷达探测装置的探测结果被发送到处理装置中；贯入探查装置包括贯入部件和保持部件，贯入构件可进退地收纳在保持构件的内部，贯入部件的前端安装有压力计，保持部件的后端部设置有行程计，贯入探查装置通过沿着盾构机外表面的法线推出贯入部件测量空隙C的深度，将其作为空隙C的实测值使用，并将测量结果传输到处理装置，最后保存在存储单元中。本发明能够减少因填充材料注入过少或过多而引起的地层失稳，提高盾构隧道的施工质量。