本发明属于公路隧道技术领域，公开了一种由EPE泡沫和回填土组成的耗能复合垫层及设计方法；根据实际情况，基于规范确定回填土厚度为h米；利用落石冲击棚洞的数值模型获得铺设h米厚的棚洞能够承受的最不利荷载；利用EPE材料替换回填土垫层，通过一系列数值计算，确定EPE垫层的最优回填厚度为h1米；在EPE层上铺设回填土，分层夯实土垫层，共计回填土(h‑h1)米。本发明采用的EPE材料有很好的缓冲性能，在落石冲击荷载作用下不易破坏，能够重复使用；对比常规回填土垫层，在基本不增加棚洞顶部荷载情况下，复合垫层能够提高棚洞抗落石冲击能力1.75～2倍，利用缓冲材料轻质高强、环保的材料特性，尽可能多的吸收落石冲击能量，保护棚洞结构。