高速公路规划建设的初衷是为沿线中长距离的城市之间提供快捷便利的交通连接,缩短车辆的通行时间。高速公路建设早期通常是在城市的外围地区,通过城市干道的连接服务于沿线的多个城市。但随着城市经济的发展以及城市规模的扩大,城市的外围区域出现了新的城市组团甚至规划了新的城市中心,高速公路与城市发展之间的矛盾日益突出。尤其是在经济发达的城市化地区,高速公路上通行的交通量巨大,而且包含着大量的市内交通,高速公路已经不能满足交通需求,也一定程度上限制了城市的发展,需对高速公路的功能重新定位,并进行城市化改造。论文对国内外城市化改造的方法进行总结,提出立体改扩建的模式,并对立体改扩建模式中的技术难点进行研究,为立体改扩建模式的后续研究提供思路。论文首先对多车道高速公路的断面组成、断面形式、路基宽度、通行能力等特点进行研究,对国内外常见的高速公路改扩建方式进行比较和总结,并通过分析城市化地区高速公路改扩建面临的问题,提出立体改扩建的思路;然后对高速公路的交通需求预测方法进行了总结,重点介绍了“四阶段法”,对广东省综合交通模型和深圳市宏观交通模型的建模思路和建模流程进行了简单介绍,并利用这两种模型对深圳机荷高速的远景交通量进行了预测,根据交通量数据确定出机荷高速的改扩建形式和改扩建规模。其次,论文对立体改扩建模式的总体方案和平纵横设计方案进行了研究。总体方案研究的内容包括高速公路的总体布局和功能定位、节点布局以及上下匝道布局等,并拟定了多种节点布局和上下匝道布局的组合模式,对各种组合模式进行对比研究,并对机荷高速的总体方案进行了设计;论文分析了城市化地区立体改扩建模式平纵横设计的特点,结合设计规范的相关规定和要求,拟定了立体改扩建模式平纵横设计的原则,并对高速公路沿线的限制因素进行收集、归类、分级,提出了基于限制因素的立体改扩建模式平纵横综合定线方法。论文对上下匝道的设计指标展开了研究,研究内容包括上下匝道的功能定位、设计速度、断面形式等,重点研究了上下匝道的总长度、上下匝道的设置数量和位置,并对机荷高速的上下匝道布局、规模、设计速度等进行了实例设计。论文最后对高速公路改扩建方式的选择模型进行了研究。对比研究了平面改扩建模式以及立体改扩建模式,给出了二者各自适用的范围;总结了国内外学者建立的平面改扩建方案选择模型,分析各种模型的特点并提出改进的建议;运用基于层次分析法的多级模糊综合评价方法建立了高速公路立体改扩建方案的综合评价模型,并利用yaahp软件计算出模型中各个指标的权重。