随着城市的规模不断扩张,快速路以其速度快、容量大的特点,被越来越多的城市选择为城市中大流量、长距离和快速交通服务的载体。然而在城市的发展过程中由于规划的局限性或者历史原因,一些城市快速路两侧的土地利用形态存在不合理或者开发强度过高等问题,导致快速路周围聚集过多的交通吸引点或交通发生点,由此产生的交通需求使得从快速路左转到达相交的次要道路以及从相交的次要道路左转到达快速路的交通量大幅增加,这一部分交通需求最终体现为快速路上的车辆掉头需求。但由于现状城市快速路与相交道路大部分以“右进右出”的T型交叉路口衔接,车辆必须行驶较远的距离才能利用分离式立交或者互通式立交实现掉头,如何科学高效地满足这一部分交通需求就显得十分重要。鉴于此,在城市快速路上新建U型掉头匝道这一措施被提出来以解决对应的问题。首先对现状城市快速路上车辆的掉头方式和利用基础式U型匝道、外扩式U型匝道掉头的方式进行了分析,得出了各自的优点和局限性;然后对车辆延误模型、速度模型和道路通行能力模型的相关理论展开了综述和解析。接着针对两种不同形式的U型掉头匝道讨论了单出口道和双出口道的场景,通过对不同场景下的掉头车辆运动状态的分析,在辅道流量较小和较大两种情况下,分别构建了掉头车辆自身的延误模型、掉头车辆对辅道车流造成的延误模型,并得到了两个出口的最小间距的计算公式。在延误分析的基础上得到了掉头车辆在该阶段的平均速度模型和各自的通行能力模型。并根据模型比较了不同设计形式的延误、平均速度和通行能力的关系。最后,利用VISSIM软件对实例和实例的延伸完成了仿真模拟,与模型的计算结果展开了对比分析,得到的结论与模型对比的结果一致,也论证了所构建模型的合理性。根据分析的结论还给出了不同流量条件下推荐采用的设计形式。