城镇化战略的推进和城区面积的不断扩张,使得干线公路所在的城市外围区域逐渐被纳入城市的规划建设范围,干线公路逐步地被包围进入城市腹地。人口的大量集聚以及公路的街道化使得干线公路的使用属性逐渐转变成为城市道路,但干线公路难以直接作为城市道路使用且其功能不能同时满足对外交通和城市内部交通的需求,因此很多城市陆续开始对干线公路进行快速化改造。本论文基于此情况对干线公路快速化改造过程中的关键技术问题进行研究。首先,论文通过分析城镇化对干线公路交通的影响,对干线公路快速化改造的道路功能进行分级。接着,对干线公路快速化改造横断面的布置进行研究,提出其关键是合理选择横断面形式,在分析现状横断面布置存在的问题及横断面形式选择的影响因素的基础上,对改造常用的三种典型横断面形式的优缺点和适用性进行了研究,并总结了改造时横断面布置的原则及对现状道路横断面利用的要点。其次,论文对干线公路快速化改造线形设计指标的选用进行研究,提出其关键在于当老路利用与设计规范存在冲突时如何进行取舍,在分析改造设计速度选用的基础上,对改造时直线长度、圆曲线半径以及纵坡和坡长的选用标准进行研究；最后提出采用基于层次分析法的模糊综合评价方法对干线公路快速化改造线形设计整体的安全性进行评价。再次,论文对干线公路快速化改造出入口的布设进行研究,对现状出入口布设存在的问题进行分析并提出出入口布设的关键在于出入口间距的确定,进而对主辅路不同组合形式的出入口的最小间距、整体式高架(隧道)快速路辅路相邻信号交叉口的最小间距进行了研究；最后总结了基于接入管理技术出入口布局优化改造方法。然后,对作为城市交通的咽喉的平面交叉口的优化改造进行研究,提出干线公路快速化改造平交口优化的关键在于高架快速路匝道与平面交叉口的衔接优化以及平面交叉口本身的渠化改造；对高架快速路匝道与平面交叉口的衔接进行了研究提出了衔接的优化措施,并重点对交叉口进口道公交专用道的设置方法以及非机动车和行人的过街渠化改造具体措施进行了总结。最后,结合苏州城北路改造工程项目,对论文上述研究成果进行了实例论证,并对改造设计方案进行了评价分析。