Пушнете елемент във всяка позиция на масива в поддокумента

Това е справедливо предложение във вашия въпрос, но по същество имате грешна концепция.

Първото от които е, че сте пропуснали концепцията, че масивите като цяло имат своите записи, започващи с индекс от 0 за първия елемент, така че вашето "позициониране" е по-малко с една единица в този случай и трябваше да бъде:

db.collection.update(
   { _id: tsId },
   {$push: { 'subdoc.array': { "$each":["3", "4"], "$position": 3 } }}
)

И тъй като сега вмъквате на правилната позиция, вашите елементи са на правилното място.