京沪高速公路的全线贯通，是我国公路建设史上的重要里程碑，也结束了临沂没有高速公路的历史。近年来，随着经济社会的快速发展，京沪高速临沂段交通量增长迅速，进行改扩建已势在必行。
1996年，京沪高速公路临沂段破土动工，拉开了临沂高速公路建设序幕。临沂公路人发扬攻坚克难、甘于奉献的新时代沂蒙精神和不怕苦、不怕累的“铺路石”精神，三年大干，1999年9月，全长137.18公里的京沪高速公路化马湾至临沂段建成通车，结束了临沂没有高速公路的历史。2000年11月，全长83.738公里的京沪高速公路临沂至红花埠段建成通车，标志着京沪高速公路临沂段的全线贯通。
这条高速的建成通车，从根本上改变了临沂的公路交通状况，大大地缩短了临沂与京、津和沪、宁等发达城市的时空距离，对完善构筑临沂、京、沪快速经济旅游圈起到了重要作用。随后的十几年里投资逐年加大，建设速度逐年加快，随着通车里程的增加，“两纵三横”高速公路交通大格局和市区“井”字形高速公路大框架日趋成型。由高速公路构建的运输骨架和网络，充分发挥着贯通南北、横联东西的运输纽带作用，为临沂的经济社会发展提供了坚强有力的公路交通支撑。
近年来，随着经济社会的快速发展，京沪高速临沂段交通量增长迅速，呈现出先期建设的高速公路运输能力紧张，服务水平严重下降，其规模能力与其承担的交通运输任务和在路网中的作用不相匹配等突出问题，已不能适应经济社会和城乡建设持续发展的需求，谋划对京沪高速临沂段进行改扩建已势在必行。
2016年报经交通部批准，由齐鲁交通发展集团对京沪高速公路临沂段实施改扩建。2017年年初，临沂市政府公布了全市重点建设项目清单，其中京沪改扩建项目是重中之重，涉及重大基础设施改造提升，涉及国家高速路网优化，涉及民心工程。2017年9月，临沂市政府与齐鲁交通发展集团签署了战略合作协议。
该工程起自蒙阴县与新泰市交界处K540+580，经蒙阴县、沂南县、兰山区、高新区、罗庄区、兰陵县、郯城县7个县区，止于郯城县红花埠南（鲁苏界）K710+000，接已建京沪高速公路江苏新沂至淮安段，全长169.16公里，概算投资约167亿元。
改扩建工程全线采用双向八车道高速公路标准改扩建，设计速度120公里/小时。整体式路基拓宽至42米，新建一幅的分离式路基宽度20.75米、利用现有公路作为另外一幅。同步建设蒙阴西互通立交连接线5.287公里，郯城南互通立交连接线2.512公里。2017年12月开工建设，项目计划于2021年6月交工验收，计划工期42个月。
扩建后的京沪高速公路将实现双向八车道，通行速度120公里/小时，极大提高京沪高速公路的通行能力和服务能力，对于保畅通、保安全，减少交通事故的发生等具有积极的作用。同时也将促进区域旅游业发展和旅游资源的开发，对打造鲁南苏北立体交通枢纽，巩固物流城市建设具有重要意义。
在征地拆迁方面，此次改扩建涉及7个县区，23个乡镇，212个村。目前，兰山区地上附着物补偿、迁移工作已经全部完成，其他县区的征地拆迁工作正在有序推进，大部分补偿款已到位。
今年，京沪高速公路新泰至临沂段改扩建工程计划完成投资28.53亿元，其中建安费18.3637亿元，征迁费9.7055亿元，其他费用4608万元;路基工程累计完成全部工作量的30%，涵洞、通道工程累计完成50%;桥梁桩基累计完成60%，下部结构累计完成30%，上部结构累计完成30%;房建工程累计完成40%。
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