Não vi você falando que mandou testar a válvula termostática. Pelo seu relato de aquecimento inicial, é provável que ele tenha travado fechada, o que provocou o aquecimento.
Se foi trocado/testado e continua aquecendo, é o caso de se verificar a retífica desse cabeçote, porque: a) cabeçote bom não provoca borbulha (logo, pode ter acontecido duas coisas: retifica mal feita por erro/montagem mal feita (tanto os parafusos devem ser trocados como o torque deles deve ser respeitado rigorosamente) ou cabeçote fora da especificação.
Leve o carro a outro mecânico, conte o que foi feito e peça uma segunda opinião. Vale a pena.