近年来我国高速公路里程飞速增多,交汇处的互通立交也不断增加。高速公路互通立交中出口匝道分流影响区既是容易发生拥堵的瓶颈区段,也是容易发生事故的危险区段。本文选取高速公路互通立交处的二次分离出口匝道作为研究对象,将其划分为六个类型,分析了该特殊出口匝道的交通特性,构建了外侧交织与换道密集的车道流量估计模型、提出了主线与关键车道的通行能力计算方法与提升策略。首先,通过多个高速公路互通立交的地图调研,将二次分离出口匝道细分为六个类型,确定研究范围。根据线形与交通流特性的不同,二次分离出口匝道被分为主线分流影响区、匝道过渡段、二次分离后左转匝道、二次分离后右转匝道四个组成部分。其次,分析了出口匝道的交通特性,包括各个方向流量的关系、轨迹图、换道位置与换道率、速度、加速度、减速度、车头间距及其分布。依据实际数据,用仿真实验标定连续流出口匝道的驾驶行为参数,在准确度验证的基础上,通过多次仿真试验进行数据收集,分析了二次分离出口匝道的流量特征。接着,参考HCM中出口匝道流量估计模型,对实际数据进行筛选清洗和影响因素分析,基于非线性对数函数回归模型,构造了以单向车道数为分类标准的流量估计模型。与HCM相比,该模型准确度表现优异,双向六车道、双向八车道、双向十车道的R~2分别提升了12.8%,200%,28.6%。同时选择了国内外多个二次分离出口匝道进行SUMO仿真,并与本文所提出的流量估计模型进行对比,结果表明该模型在国内外的适用性都很高。然后,通过改变仿真实验的流量输入来获取多个二次分离出口匝道的主线通行能力（pcu/h）与关键车道通行能力（pcu/h）,将仿真实验得到的通行能力值与模型推导的理论通行能力值相结合,提出单向三车道、四车道、五车道的主线通行能力与关键车道通行能力。最后,将通行能力分析与道路设计改善相结合,以实际二次分离出口匝道为例,对比国内外设计规范,提出线形设计、车道布置、减速车道构型与长度等方面的改善方案,从而提升二次分离出口匝道的通行能力。