采用室内岩石物理力学性质实验、理论分析、数值模拟和现场调查相结合的方法，对马嘴隧道出口左线水平页岩底鼓机理、影响因素、底板页岩岩层极限承载力及塑性区深度进行研究。在对水平页岩隧道底鼓机理正确认识的基础上，提出了底板锚杆注浆+反底拱相结合的返修处治方案，采用FLAC3D数值模拟软件对处治前后效果进行对比分析和现场验证，得出如下结论：　　（1）马嘴隧道底鼓机理在于：①仰拱开挖后未进行有效及时地支护，封闭圆环②仰拱底板水平，无弧形，不能形成反拱，受力条件差③隧道开挖后，由于页岩岩层较薄、层理发育、层间粘结力小，当岩层在较高的水平应力作用下，受到的拉应力大于自身抗拉强度时，底板岩层自深部逐渐发生离层、断裂，破碎的页岩岩块向隧道内自由空间不断涌入，持续发展，形成挠曲褶皱型底鼓。　　（2）马嘴隧道发生底鼓的主要原因在于：围岩强度低、水理作用、围岩蠕变、底板岩层缺乏支护，以上各因素互相作用，致使降低页岩岩层强度，最终导致底鼓产生，其中，底板岩层弯曲产生的底鼓量占总底鼓量62.31％，是引起底鼓的最主要因素。　　（3）根据板壳理论，建立底板岩层四面压曲破坏的力学模型，推导出根据底板岩层临界荷载，也即发生挠曲破坏的判断条件。由表达式可知：底板岩层褶皱破坏不仅与底鼓段的长度与宽度有关，而且还与底板岩层的分层厚度有关。此外隧道开挖产生的塑性区范围除与页岩的内聚力c和内摩擦角φ有关，还与原岩应力大小有关。　　（4）提出采用锚注加固、反底拱与钢筋混凝土相结合的新方案，运用FLAC3D数值模拟软件对原方案与新方案围岩位移分布图、塑性区分布图进行模拟分析，然后进行现场验证，即在仰拱开裂段ZK18+370～ZK18+410布置了9个监测断面，每个断面布置两个测点，共18个监测点对底鼓段各测点底鼓量、边墙收敛量进行监测，监测结果显示：最大底鼓量、两帮边墙最大收敛量分别由处置前124.7mm、15.8mm减小到处置后得17.2mm、9.45mm，减少了84.4%、40.2%，采用的新方案达到预期效果。