考虑到六盘山腹地地质条件，东毛高速六盘山隧道设计为单洞分离式隧道，暗洞以锚杆喷射混凝土钢拱架等为初期支护，采用模筑混凝土或钢筋混凝土二次衬砌，并在两次衬砌之间敷设土工布及防水板，整个支护体系结构为复合式为缓解驾驶员在该超长隧道内的视觉疲劳和行车安全，东毛高速六盘山隧道内还设计。