Note que você não precisa ler o arquivo antes, o sed tem o% Comandor
que pode ler um arquivo:
$ printf -v var "%s\n" "s1random stuff" "s2 more random stuff" "s1 final random stuff"
$ echo "$var"
s1random stuff
s2 more random stuff
s1 final random stuff
$ sed '/^s2/r file.txt' <<< "$var"
s1random stuff
s2 more random stuff
line 1
line 2
s1 final random stuff