本申请公开一种隧道上部溶洞的防护结构：混凝土护拱，紧贴隧道初期支护设置，并且与隧道初期支护的外轮廓一致；外层护拱，紧贴所述混凝土护拱设置，并且与所述混凝土护拱的外轮廓一致；混凝土缓冲层，紧接所述外层护拱设置，在预设的高度内填充所述外层护拱和溶洞内壁所限定的空腔内；砂质缓冲层，紧贴所述混凝土缓冲层，在预设的高度内填充所述混凝土缓冲层顶部和溶洞内壁所限定的空腔内；混凝土挡墙，从溶洞底部沿溶洞侧壁延伸至溶洞顶部的地表，环绕隧道设置。本申请提供一种施工效率高，施工过程风险低，能够合理处治隧道上部空腔溶洞并使结构安全稳定的防护结构，提高隧道工程施工质量，加快施工进度，保证施工期的安全和运营期的稳定。