Как сформировать правильный regexp для nginx location ?

Использование If - плохая практика, старайтесь избегать и использовать map.
Смотрите "If is evil": https://www.nginx.com/resources/wiki/start/topics/...
Ошибки конфигурирования nginx (или как правильно писать рерайты): habrahabr.ru/post/74135

map $http_cookie $redirect1 {
default 0;
"~*qa_session" 1;
}

map $request_method $redirect2 {
default 0;
POST 1;
}

location ~^/([0-9]*)/(.*)$ {
set $cache_file $1;
set $redirect 0;

if ( "$redirect1$redirect2" ) {
return 412;
error_page 412 = @goapach;
}
types {}
default_type text/html;
try_files /qa-plugin/cache-master/cache/$cache_file @goapach;
}

Попробуйте:
location ~/.*test.*

/ может обрабатываться как специальный символ в записи регулярных выражения в зависимости от используемого движка.

Если строку надо искать до цифр, то можно попробовать следующее:
location ~/.*test\/\d+.*

В общем сделал так:

location ~^/([0-9]*)/(.*)$ {
    set $cache_file $1;
    set $redirect 0;
    if ( $http_cookie ~* qa_session ) {
        set $redirect 1;
    }
    if ( $request_method = POST ) {
        set $redirect 1;
    }
    if ( $redirect = 1 ) {
        return 412;
        error_page 412 = @goapach;
    }
    types {}
    default_type text/html;
    try_files /qa-plugin/cache-master/cache/$cache_file @goapach;
}

Авторизованных, POST запросы и при отсутствии файла кеша отправляем на апач ( уже php-fpm, не суть), иначе - отдаём файл из кеша.