高速公路变速车道长度不足及立交净距过小易造成高事故率和低通行能力,其合理的长度和净距是车辆安全及时变道、有序合/分流的重要保障。首先介绍了互通立交间距定义、组成元素、影响因素和变速车道的功能、分类及特点。重点分析了平行式加速车道的通行能力和车辆成功汇入主线的概率,建立了基于成功汇入概率的加速车道长度计算模型;考虑渐变段线形和车辆减速特性给出平行式减速车道渐变段长度计算方法;考虑设计纵坡和路面附着系数给出直接式减速车道和平行式减速车道长度计算方法,并分别给出变速车道长度值。接着,以小汽车驶离加速车道后变道至最内侧车道而后向外侧变道驶离主线为例,对向内侧变道、标志识别决策和向外侧变道等行驶过程进行分析。依据速度协调性原则和动力学原理分别分析车辆安全变道的速度条件和间隙条件;考虑主线车道数、最大服务交通量、运行速度等参数构建多车道车辆等待变道行驶距离组合;运用概率论和交通流理论建立安全变道概率与互通立交净距关系模型,并运用Matlab求解。结果表明,安全变道概率随互通立交净距的增大呈阶梯型增长;车辆整个向内侧变道过程的行驶距离大于整个向外侧变道过程的行驶距离;一级服务水平下,当概率阈值为0.95时,高速公路互通立交的最小净距分别为2083m(限速100km/h,单向3车道)、2193m(限速120km/h,单向3车道)、2833m(限速120km/h,单向4车道)。最后,以研究成果作为评判标准分析证实了天津区域高速公路小间距立交事故特征明显,从辅助车道/集散车道设计、增设地面交通标志/震荡标线、上一入口处增设出口预告标志、降低区间限速等角度提出优化策略,为高速公路立交的规划设计及优化提供参考。